透过赋予石墨烯磁性 科学家尝试催生纯碳MRAM

    美国马里兰州大学(University of Maryland)的研究人员发现，在石墨烯(graphene)晶格中导入空缺图样(patterns of vacancies)可使其产生磁性；透过空缺掺杂来控制石墨烯半导体元件的磁性，研究人员希望能将此种纯碳材料应用于磁感测器与 MRAM 等新领域。

    半导体元件通常是透过掺杂铁或钴等金属材料来产生磁性，由马里兰大学教授Michael Fuhrer所率领的研究团队则宣称，可透过将空白图样(空缺)导入石墨烯的完美六边形晶格，来赋予该种材料磁性。也有其他研究人员是采用表面处理(surface treatment)方式让石墨烯产生磁性，但以上研究团队所开发的新方法，号称能免除采用碳以外的其他任何材料。

    Fuhrer 的实验室据说是第一个发现石墨烯载子迁移率(15,000cm2/Vs)比矽(1,400cm2/Vs)高十倍的单位之一(15,000 cm2/Vs VS 1,400cm2/Vs)；现在该团队公布的最新研究成果，则是能透过在石墨烯晶格导入空缺，以使其产生磁性。

    半导体元件的缺陷(defect)通常是透过掺杂，而新开发的方法则是以空缺取代掺杂不同材料；在此每个空缺所扮演的角色就像是奈米等级的磁铁，拥有自己的“磁矩(moment)”。研究人员证实，那些空缺会与石墨烯材料中的电流激烈交互作用，并有可能利用近藤效应(Kondo effect)来谐调其半导体特性。

    研究人员测量了掺杂空缺的石墨烯内部近藤效应温度，发现约与电子密度高出无掺杂石墨烯许多的金属材料相当，在凯氏绝对温度(Kelvin)90度左右。

                       
    石墨烯电晶体示意图：黄色部分为金(gold)电极、透明部分为二氧化矽、黑色部分为矽基板、红色部分为石墨烯；图上方是电晶体内部结构的放大，蓝色为石墨烯晶体空缺



    接下来，研究人员将尝试调整空缺的排列图样，透过强制使所有在空缺范围内的磁矩利用近藤效应排成一列，展现铁磁性(ferromagnetism)，如此就能使该材料以电气开关，催生纯碳磁性记忆体与感测器。