中国科学技术大学Wensheng Yan 和Zhihu Sun课题组--将钴原子嵌入石墨烯晶格中以激活室温铁磁性

石墨烯在下一代自旋电子学应用中非常有前途。然而，实现基于石墨烯的室温磁体仍然是一个巨大的挑战。这里，在配位N原子的辅助下，将Co原子稳定的锚定在石墨烯晶格中，从而在石墨烯中激活了强大的室温本征铁磁性，TC高达〜400 K，可实现0.11 emu g-1（300 K）的饱和磁化强度。系统的结构表征表明，Co原子以平面四边形CoN4结构单元原子级分散于石墨烯晶格中，提供了稳定的局域磁矩。电子结构计算表明，Co原子的d电子与N/C原子的离域pz电子之间的杂化增强了传导电子介导的长程磁耦合。这项工作为在石墨烯中诱发室温铁磁性提供了一种有效手段，且为开发基于石墨烯的自旋电子器件提供了可能性。

Figure 1. Co原子的原子分散。a-c）样品的TEM图像。D）EDX元素映射和HAADF-STEM图像；f）Co K边缘XANES光谱。g FT k3加权Co K-edge EXAFS光谱和EXAFS光谱的h WT分析。

Figure 2. Co原子周围的配位构型。a）在R空间中的Co K边缘EXAFS拟合曲线。b）Co L3-edge XANES光谱。c）DFT计算了石墨烯晶格中各种Co-N4-xCx部分的形成能。d）实验性Co-edge XANES光谱比较。

Figure 3. 磁性能。a）扣除背景后，原始石墨烯和1Co-N/G纳米片的磁化强度与磁场（MH）曲线。b）1Co-N / G纳米片的FC和ZFC磁化强度（MT）的温度依赖性。c，d ）FC和ZFC磁化强度（M–T）曲线的温度依赖性。

Figure 4. 铁磁性的电子结构和起源。a）DFT计算了原始石墨烯和b CoN4-石墨烯体系的TDOS。c）DFT计算的CoN4-石墨烯系统的PDOS。d）CoN4-石墨烯能带结构的二维图。e）自旋密度的空间分布（ρ↑-ρ↓）。

该研究工作由中国科学技术大学Wensheng Yan 和Zhihu Sun课题组于2021年发表在NATURE COMMUNICATIONS期刊上。原文：Embedding atomic cobalt into graphene lattices to activate room-temperature ferromagnetism。