Il magnetismo del grafene svelato con CIQTEK SNVM in Nature Materials

Nature Materials | Visualizzazione del magnetismo del grafene: CIQTEK SNVM consente una svolta fondamentale nella spintronica del grafene

October 30, 2025

Un team di ricerca guidato dal Prof. Haomin Wang dello Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, ha ottenuto progressi significativi nello studio del magnetismo dei nanonastri di grafene a zigzag (zGNR) utilizzando Microscopio a scansione NV CIQTEK (SNVM) .

Basandosi sulla loro precedente ricerca, il team ha fabbricato solchi atomici orientati in nitruro di boro esagonale (hBN) mediante pre-incisione con nanoparticelle metalliche e ha sintetizzato nanonastri di grafene chirali controllati all'interno di questi solchi tramite un metodo di deposizione chimica continua (CVD) catalitica in fase vapore. I nanonastri di grafene nanocristallino (zGNR) risultanti, larghi circa 9 nm e incorporati nel reticolo di hBN, hanno mostrato proprietà magnetiche intrinseche, che sono state confermate direttamente sperimentalmente per la prima volta utilizzando la SNVM combinata con misure di trasporto magnetico.

Questo lavoro innovativo getta solide basi per lo sviluppo di dispositivi spintronici basati sul grafene. Lo studio, intitolato “Segnature del magnetismo nei nanonastri di grafene a zigzag incorporati in un reticolo esagonale di nitruro di boro” , è stato pubblicato sulla rinomata rivista Materiali naturali .

Graphene Magnetism Revealed with CIQTEK SNVM in Nature Materials https://doi.org/10.1038/s41563-025-02317-4

Capire il magnetismo del grafene

Il grafene, in quanto materiale bidimensionale unico, presenta un magnetismo elettronico orbitale p che differisce fondamentalmente dal magnetismo orbitale d/f localizzato presente nei materiali convenzionali. Questa distinzione apre nuove direzioni per l'esplorazione del magnetismo quantistico basato sul carbonio. I nanonastri di grafene a zigzag (zGNR) sono particolarmente promettenti per le applicazioni spintroniche grazie ai loro stati elettronici magnetici previsti prossimi al livello di Fermi. Tuttavia, la rilevazione del magnetismo degli zGNR attraverso misure di trasporto elettrico è rimasta molto impegnativa.

Le principali difficoltà includono la lunghezza limitata dei nanonastri sintetizzati bottom-up, che complica la fabbricazione del dispositivo, e i bordi chimicamente reattivi che portano a instabilità o drogaggio disomogeneo. Inoltre, negli zGNR stretti, il forte accoppiamento antiferromagnetico tra gli stati dei bordi rende difficile la rilevazione elettrica dei segnali magnetici. Queste sfide hanno ostacolato l'osservazione diretta del magnetismo intrinseco negli zGNR.

SNVM rivela segnali magnetici a temperatura ambiente

L'inserimento di zGNR all'interno di un reticolo hBN migliora la stabilità dei bordi e introduce campi elettrici integrati, fornendo un ambiente ideale per lo studio del magnetismo. Utilizzando SNVM a temperatura ambiente di CIQTEK , i ricercatori segnali magnetici visualizzati direttamente in zGNR per la prima volta in condizioni ambientali .

Figure 1. Magnetic measurement of zGNRs embedded in a hexagonal boron nitride lattice using the Scanning NV Microscope

Figura 1. Misurazione magnetica di zGNR incorporati in un reticolo esagonale di nitruro di boro utilizzando il microscopio a scansione NV

Nelle misure di trasporto elettrico, i transistor zGNR di ~9 nm di larghezza hanno dimostrato un'elevata conduttività e un comportamento di trasporto balistico. Sotto l'effetto di campi magnetici, i dispositivi hanno mostrato una magnetoresistenza anisotropica pronunciata, con variazioni di resistenza fino a 175 Ω e un rapporto di magnetoresistenza di circa l'1,3% a 4 K, persistente fino a 350 K. L'isteresi magnetica si è manifestata solo quando il campo magnetico è stato applicato perpendicolarmente al piano zGNR, confermando l'anisotropia magnetica. L'analisi della dipendenza angolare della magnetoresistenza ha indicato che i momenti magnetici erano orientati perpendicolarmente alla superficie del campione. La diminuzione della magnetoresistenza con l'aumentare della polarizzazione source-drain e della temperatura ha rivelato interazioni tra risposta magnetica, trasporto di carica e vibrazioni termiche.

Figure 2. Magnetic transport characteristics of a 9 nm-wide zGNR device embedded in hBN

Figura 2. Caratteristiche di trasporto magnetico di un dispositivo zGNR largo 9 nm incorporato in hBN

Combinando l'imaging SNVM con la caratterizzazione del trasporto, questo studio fornisce la prima prova diretta del magnetismo intrinseco nei zGNR incorporati in hBN e dimostra il potenziale del controllo del campo elettrico del comportamento magnetico. Questo lavoro approfondisce la comprensione del magnetismo del grafene e apre nuove opportunità per lo sviluppo di dispositivi spintronici basati sul grafene.

Prova l'imaging magnetico su scala nanometrica con CIQTEK SNVM

CIQTEK invita i ricercatori a sperimentare l' Microscopio a scansione NV (SNVM) , un sistema di imaging magnetico su scala nanometrica leader a livello mondiale, caratterizzato da un intervallo di temperatura di 1,8–300 K, un campo magnetico vettoriale di 9/1/1 T, una risoluzione spaziale magnetica di 10 nm e una sensibilità magnetica di 2 μT/Hz¹ᐟ².

CIQTEK Scanning NV Microscope CIQTEK SNVM: la versione ambientale e la versione criogenica

L'SNVM integra risonanza magnetica rilevata otticamente (ODMR) basata sul centro di azoto-lacuna (NV) del diamante con tecnologia di scansione della microscopia a forza atomica (AFM) Offre un'elevata risoluzione spaziale, una sensibilità magnetica superiore, un rilevamento multifunzionale e capacità di imaging non invasive, rendendolo uno strumento essenziale per la ricerca in caratterizzazione del dominio magnetico, imaging antiferromagnetico, studi sulla superconduttività e materiali magnetici bidimensionali .