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王超/刁东风在Carbon(JCR1区,IF6.198)发表碳纳米结构化表面的电子自旋现象论文阅读次数 [238] 发布时间 :2016-11-08 08:50:03

    磁致电阻效应是指物质在外加磁场下电阻发生变化的现象。利用这一现象构造的磁阻效应传感器大量应用于智能手机、车辆、无人机等领域。现有磁阻效应传感器采用金属作为核心敏感原件制成,与之相比,石墨烯磁阻效应传感器有能耗低,质量轻,来源广泛的优点,是下一代非金属磁传感器的理想选择,然而目前仍旧缺乏有效的手段实现这类传感器的规模化可控制造。我校机电学院纳米所刁东风特聘教授团队最近采用电子照射诱导生长的方式获得石墨边缘嵌入式纳米碳膜,并发现了其在室温下具有良好的磁阻效应这种薄膜的问世有望解决这一难题。相关成果发表在JCR一区刊物CARBON(IF6.189)上深圳大学为唯一完成单位,刁东风教授为通讯作者王超讲师为第一作者。本次在CARBON发表的论文中,该团队采用等离子体电子照射的方法,诱导纳米尺度的石墨烯边缘在硅衬底表面站立生长成薄膜,利用石墨烯边缘电子在室温下的铁磁性自旋排列,使薄膜在外磁场下的磁阻效应得到增强。此外研究团队还发现,当温度降低时由于载流子浓度的降低以及反铁磁作用的出现,石墨烯边缘的铁磁性自选排列被打乱,从而失去了对其磁阻效应的增强作用。更有趣的是,研究团队还首次利用变温拉曼光谱观测到了上述石墨烯边缘的自旋排列变化。因为这种薄膜的制备方法简单可控,并且能与现有的芯片制造工艺集成,所以具有非常大的应用前景。围绕这一应用背景、最近刁教授团队连续在美国应用物理快报发表论文Applied Physics Letters 109, 053104(2016),Applied Physics Letters 109, 031910(2016))为开辟石墨边缘嵌入式纳米碳膜材料的自旋电子学新领域奠定了基础。论文内容如下:

 


Self-magnetism induced large magnetoresistance at room temperature

region in graphene nanocrystallited carbon film

Chao Wang and Dongfeng Diao*

                                                                                 CARBON 112(2017), 162–168

https://authors.elsevier.com/a/1U1tf1zUA6SqY

Institute of Nanosurface Science and Engineering, Shenzhen University,

Shenzhen 518060, China

We report large positive magnetoresistance (MR) of over 12% at 273 K in graphene nanocrystallited pure carbon film. MR behaviors at different temperatures implied that low temperature MR was from carrier diffusive scattering and room temperature MR was from spin arrangement effect. Temperature dependences of the film resistance and magnetization recognized that as temperature decreased from 300 to 200 K, transitions occurred on the electrical transporting process from conductive mode to semi-conductive mode, and the nanocrystallited structure showed competition of ferromagnetic and antiferromagnetic interactions. The large room temperature MR was ascribed to the ferromagnetic order of spin magnetic moment arrangement at the of graphene layer edges.