"Nature Materials": CIQTEK SNVM aiuta i clienti a raggiungere importanti risultati nei dispositivi di spin al grafene

August 21, 2025

Di recente, un team guidato da Wang Haomin dello Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology dell'Accademia cinese delle scienze ha compiuto progressi significativi nello studio del magnetismo dei nanonastri di grafene a zigzag (zGNR) utilizzando un CIQTEK Microscopio a scansione con azoto-vacanza (SNVM) .

Basandosi su ricerche precedenti, il team ha pre-inciso il nitruro di boro esagonale (hBN) con particelle metalliche per creare fosse atomiche orientate e ha utilizzato un metodo di deposizione chimica da vapore (CVD) catalitica in fase vapore per preparare in modo controllabile nanonastri di grafene chirali nelle fosse, ottenendo campioni di zGNR di circa 9 nm di larghezza incorporati nel reticolo di hBN. Combinando SNVM e misure di trasporto magnetico, il team ha confermato direttamente il suo magnetismo intrinseco negli esperimenti. Questa scoperta rivoluzionaria getta solide basi per lo sviluppo di dispositivi elettronici di spin basati sul grafene. I risultati della ricerca correlata, intitolati "Signatures of magnetism in zigzag graphene nanoribbons embedded in a hexagonal boron nitride lattice", sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista accademica "Materiali naturali".

Il grafene, in quanto materiale bidimensionale unico, presenta proprietà magnetiche degli elettroni dell'orbitale p fondamentalmente diverse dalle proprietà magnetiche localizzate degli elettroni dell'orbitale d/f nei materiali magnetici tradizionali, aprendo nuove direzioni di ricerca per l'esplorazione del magnetismo puro a base di carbonio. Si ritiene che i nanonastri di grafene a zigzag (zGNR), potenzialmente dotati di stati elettronici magnetici unici prossimi al livello di Fermi, abbiano un grande potenziale nel campo dei dispositivi elettronici di spin. Tuttavia, la rilevazione del magnetismo degli zGNR attraverso metodi di trasporto elettrico presenta molteplici sfide. Ad esempio, i nanonastri assemblati dal basso verso l'alto sono spesso troppo corti per fabbricare dispositivi in modo affidabile. Inoltre, l'elevata reattività chimica dei bordi degli zGNR può portare a instabilità o drogaggio non uniforme. Inoltre, negli zGNR più stretti, il forte accoppiamento antiferromagnetico degli stati dei bordi può rendere difficile la rilevazione elettrica dei loro segnali magnetici. Questi fattori ostacolano la rilevazione diretta del magnetismo negli zGNR.

Gli ZGNR incorporati nel reticolo hBN mostrano una maggiore stabilità dei bordi e presentano un campo elettrico intrinseco, creando le condizioni ideali per rilevare il magnetismo degli zGNR. Nello studio, il team ha utilizzato CIQTEK SNVM a temperatura ambiente per osservare i segnali magnetici degli zGNR direttamente a temperatura ambiente.

Figura 1: Misurazione magnetica di zGNR incorporato in un reticolo esagonale di nitruro di boro utilizzando Scansione Microscopio a lacuna di azoto

Nelle misure di trasporto elettrico, i transistor zGNR fabbricati, larghi circa 9 nanometri, hanno dimostrato elevata conduttività e caratteristiche di trasporto balistico. Sotto l'influenza di un campo magnetico, il dispositivo ha mostrato una significativa magnetoresistenza anisotropa, con una variazione di magnetoresistenza di circa 175 Ω a 4 K, un rapporto di magnetoresistenza di circa l'1,3% e questo segnale persisteva anche a temperature fino a 350 K. L'isteresi è stata osservata solo sotto un campo magnetico perpendicolare al piano degli zGNR, confermandone l'anisotropia magnetica. Analizzando la variazione di magnetoresistenza con l'angolo di inclinazione, i ricercatori hanno scoperto che il momento magnetico è perpendicolare alla superficie del campione. Inoltre, la diminuzione della magnetoresistenza con l'aumento della polarizzazione source-drain e della temperatura ha rivelato l'interazione tra risposta magnetica e trasporto di carica e vibrazioni termiche.

Figura 2: Caratteristiche di trasporto magnetico dei dispositivi zGNR da 9 nanometri di larghezza incorporati in hBN

Questa ricerca, combinando Microscopio a scansione con azoto-vacanza Le misurazioni della tecnologia e del trasporto hanno confermato per la prima volta l'esistenza di un magnetismo intrinseco negli zGNR incorporati in hBN, offrendo la possibilità di controllare il magnetismo attraverso un campo elettrico. Questo lavoro non solo approfondisce la comprensione delle proprietà magnetiche del grafene, ma apre anche nuove strade per lo sviluppo di dispositivi elettronici di spin basati sul grafene.

Prova il sistema di imaging magnetico su scala nanometrica

CIQTEK vi invita a sperimentare la Microscopio a scansione con azoto-vacanza (SNVM) – un sistema di imaging del campo magnetico su scala nanometrica leader a livello mondiale, che opera a temperature di 1,8~300 K con un campo magnetico vettoriale di 9/1/1 T, raggiungendo una risoluzione spaziale magnetica di 10 nm e una sensibilità magnetica di 2 μT/Hz ^1/2.

SNVM è un Strumento di misura di precisione che combina la tecnologia di risonanza magnetica ottica (ODMR) con lacune di azoto al diamante (NV) con la tecnologia di imaging a scansione della microscopia a forza atomica (AFM). Offre elevata risoluzione spaziale, imaging magnetico ad alta sensibilità, capacità di rilevamento versatili e vantaggi di rilevamento non invasivo, rendendolo importante in settori quali la caratterizzazione del dominio magnetico, l'imaging antiferromagnetico, la caratterizzazione dei superconduttori e la ricerca sui materiali magnetici bidimensionali.