近来，我国科学技能大学国家同步辐射实验室闫文盛教授研讨组与孙治湖副研讨员协作，经过磁性金属原子准确可控掺杂的战略，完成了二维石墨烯的室温铁磁性。他们在共掺杂N原子的辅佐下，将Co原子安稳的锚定在石墨烯晶格中，然后在石墨烯中激活了室温本征铁磁性。研讨成果以“Embedding atomic cobalt into graphene lattices to activate room-temperature ferromagnetism”为题宣布在近期的《天然-通讯》上（10.1038/s42-2）。
石墨烯因为高载流子迁移率、长自旋涣散长度和弱自旋轨迹耦合等优秀性质，被以为是下一代自旋电子学使用中极具远景的资料。如安在本征抗磁的石墨烯中诱导出安稳的室温铁磁性，是石墨烯基自旋电子学器材制备面对的最要紧的费事之一。现在，研讨人员现已尝试了多种途径来完成石墨烯中的铁磁有序（包含使用空位缺点、sp3功用化、化学掺杂、外表吸赞同结构边际态等），但取得的磁矩往往相对较弱且不安稳，铁磁有序无法在室温下保持。
研讨组依据以往二维过渡金属硫属化合物的磁性调控研讨经历（Nat. Commun. 10, 1584；Angew Chem Int Ed, 60, 7251）和DFT资料模仿规划，以为准确可控的磁性过渡金属（Fe、Co、Ni等）掺杂是处理这一问题的有用计划。为客服将过渡金属原子嵌入石墨烯晶格的巨大势垒，研讨组选用Pauling电负性高于C元素（2.5）的N元素（3.5）进行共掺杂，使用N原子结构锚定位点，将Co原子结实的捆绑在石墨烯晶格中，然后供给安稳的局域磁矩，并经过Co-N-C之间的轨迹杂化构成铁磁交流效果，终究完成石墨烯的室温铁磁性（图1）。
研讨组使用两步浸渍-热解的办法，在N原子辅佐下，将Co原子单涣散掺杂在石墨烯晶格中，样品在室温下饱和磁化强度为0.11emu g-1，居里温度到达400 K。经过同步辐射软、硬X射线谱学技能和多种X射线谱学解析办法（实空间多重散射理论核算、扩展边定量拟合、多组态核算和小波改换），研讨人员证明了样品中的Co是以平面四边形CoN4结构单元原子级涣散于石墨烯晶格中，排除了磁性起源于Co相关第二相的或许。DFT电子结构核算进一步标明，CoN4-石墨烯系统具有金属性的能带结构，存在Fermi面处态密度明显地增强（依据Stoner判据，保证了室温铁磁性），Co-3d和C/N-2p轨迹杂化，以及π电子自旋极化，标明CoN4-石墨烯系统中的室温铁磁性起源于传导电子中介的类RKKY长程铁磁交流机制，Co-N4结构单元是室温铁磁性的首要来历。
该项研讨得到了国家天然科学基金、合肥壮科学中心高端用户培养基金和我国博士后科学基金等基金赞助。
图2 同步辐射X射线谱学和惯例表征证明Co原子以CoN4涣散于石墨烯晶格中
