Голландцы объяснили магнетизм графита

Магнитные свойства графита при комнатной температуре обнаружили и изучили физики из технического университета Эйндховена (Technische Universiteit Eindhoven) и университета Радбауда в Неймегене (Radboud Universiteit Nijmegen).

Здесь показана плотность состояний электронов на дефектах (границы раздела зёрен). Стрелки указывают направления магнитных моментов (иллюстрация Kees Flipse/Technische Universiteit Eindhoven).

Графит видел каждый, хотя бы на кончике простого карандаша. Это вещество представляет собой слабосвязанные слои графена (graphene) – листы из углеродных атомов.

Правда, учёные Йири Сервенка (Jiri Cervenka), Кес Флипсе (Kees Flipse) и Микхайл Катснелсон (Mikhail Katsnelson) использовали вместо привычного графита пирографит (pyrolytic graphite). Именно о его ферромагнитных свойствах они рассказали в своей статье в журнале Nature Physics.

В пирографите упорядоченные массивы углеродных атомов разделяются пограничными дефектами толщиной примерно два нанометра. Внутри последних (показаны на верхнем рисунке красным и жёлтым) электроны ведут себя не так, как в упорядоченных зёрнах (показаны голубым). Их поведение больше похоже на таковое у электронов в железе или кобальте.

Примерно так выглядит двумерная плоскость из магнитно-спаренных дефектов (иллюстрация Kees Flipse/Technische Universiteit Eindhoven).

Голландские исследователи установили, что магнитные свойства графита определяют локальные электронные состояния на границах зёрен, которые образуют двумерные массивы точечных дефектов. Ранее считалось, что наблюдаемый ферромагнетизм проявляется из-за наличия в материале магнитных примесей.

То, что материал, состоящий только из углеродных атомов, может проявлять слабые магнитные свойства, означает – спиновую электронику (spintronics) можно будет развивать и в этом направлении. Кроме того, графит можно будет использовать в биосенсорах, так как он не вредит живым организмам.