以氢为端基的锯齿形纳米石墨烯的自旋有序电子态产生了磁性量子现象，这引发了对碳基自旋电子学的新的兴趣。锯齿形石墨烯纳米带(ZGNRs)是由平行锯齿形边缘包围的准一维石墨烯半导体带，其本征电子边缘态沿其边缘呈铁磁有序排列，并沿其宽度(1,2,5)呈反铁磁耦合。尽管最近的进步GNRs具有对称拓扑保护的自下而上的合成阶段,甚至金属零模式带,独特的磁结构边缘ZGNRs一直从直接观察了一个强大的杂交的锯齿形边缘状态与表面状态的基础支持。在本文中，我们提出了一种通用的技术，通过在ZGNR边缘引入一个取代n原子掺杂的超晶格，来实现热稳定和电子解耦高反应性的自旋极化边缘态。第一性原理GW计算和扫描隧穿光谱揭示了由铁磁有序边缘态引起的交换场(~850特斯拉)对低氮单对平带的巨大自旋分裂。我们的发现直接证实了ZGNRs.中预测的出现磁序的性质，并为其探索和功能集成到纳米级传感和逻辑器件提供了一个强大的平台。
 
  
图 1. a, n- 6-ZGNR中自旋有序边缘态的示意图。b，分子前驱体1自底向上合成n-6-ZGNR并在其表面生长的示意图。c，沉积在Au(111)上的分子前驱体1的STM地形图像(Vs = 50 mV, It = 20 pA)。d，退火至650 K (Vs = 50 mV, It = 20 pA)后完全环化的N-6-ZGNRs的STM形貌图。e，全环化N-6-ZGNR的STM地形图像，其特征是由于间二甲苯基团的劈裂而产生的单点缺陷。
 
 
图2. a，使用CO-功能化STM尖端记录的全环化N-6-ZGNR段的地形图像。b, a给出的N-6-ZGNR段的等高BRSTM图像。箭头表示N-6-ZGNR边缘与C - H群相关的五个叶的位置。c，在a (V = 0 mV, Vac = 11 mV, f = 455 Hz)中标记的位置，使用正电压扫频从V = 0.0 V到V = +2.5 V的尖端诱导解耦后的N-6-ZGNR段的恒定高度BRSTM图像。d，在c (V = 0 mV, Vac = 11 mV, f = 455 Hz)的解耦中，使用从V = 0.0 V到V = 2.5 V的负电压扫频对N-6-ZGNR段进行末端诱导解耦(V = 0 V, Vac = 11 mV, f = 455 Hz)。e，电压扫描。f, STM高度剖面显示了一个代表生长的N-6-ZGNR(上)、部分解耦的N-6-ZGNR(中)和完全解耦的N-6-ZGNR(下)沿左边缘(蓝色方块)和右边缘(红色圆圈)记录的波磨。
 
  
图 3. a、生长态(蓝色)和解耦态(红色)N-6-ZGNR/Au(111)的dI/dV点光谱图;Au(111)参考光谱。b，在V = +0.5 V (Vac = 11 mV, It = 200 pA, f = 455 Hz，共功能化尖端)电压偏压下记录的恒流dI/dV图。c，计算导带(CB)边缘的GW LDOS。d，在V = 0.3 V的电压偏置下记录的恒流dI/dV图。e，计算价带(VB)边缘的GW LDOS。f，计算了N-6-ZGNR的GW DOS。
 
 
 
图4。a、独立N-6-ZGNR的GW波段结构。b，上(红)和下(蓝)自旋的GW LDOS积分在N-6-ZGNR的左半部分和右半部分上(红)和下(蓝)的GW LDOS积分. c，上自旋和下自旋占据态的面积自旋密度分布差的空间分布(ρ (r) ρ (r))。
 
  
图5 a，解耦N-6- ZGNR在图中两个N原子位置的Au(111)上的dI/dV点光谱，在两个N原子之间的碳原子位置(绿色十字);Au(111)参考光谱(黑色)。b，在V = 2.6 V的偏压下，unb的恒流dI/dV图。c，计算出在UNFB附近的偏置范围ΔV = 200 mV内集成的GW LDOS。d，在V = 2.7 V的电压偏差下记录的LNFB的恒流dI/dV图。e，计算出在LNFB附近的偏置范围ΔV = 200 mV内集成的GW LDOS。
  
        相关科研成果加利福尼亚大学、劳伦斯伯克利国家实验室的Steven G. Louie和Felix R. Fischer团队2021年发表在Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-021-04201-y)上。原文：Spin splitting of dopant edge state in magnetic zigzag graphene nanoribbons。

转自《石墨烯研究》公众号