"Nature Materials" - CIQTEK SNVM auxilia clientes a alcançar avanços importantes em dispositivos de spin de grafeno

August 21, 2025

Recentemente, uma equipe liderada por Wang Haomin do Instituto de Microsistemas e Tecnologia da Informação de Xangai da Academia Chinesa de Ciências fez um progresso significativo no estudo do magnetismo das nanofitas de grafeno em zigue-zague (zGNRs) usando um CIQTEK Microscópio de varredura de nitrogênio-vacância (SNVM) .

Com base em pesquisas anteriores, a equipe pré-gravou nitreto de boro hexagonal (hBN) com partículas metálicas para criar trincheiras atômicas orientadas e utilizou um método de deposição química de vapor (CVD) catalítica em fase vapor para preparar de forma controlada nanofitas de grafeno quirais nas trincheiras, obtendo amostras de zGNRs com ~9 nm de largura incorporadas na rede de hBN. Combinando medições de SNVM e transporte magnético, a equipe confirmou diretamente seu magnetismo intrínseco em experimentos. Esta descoberta inovadora estabelece uma base sólida para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de spin baseados em grafeno. Os resultados da pesquisa relacionada, intitulados "Assinaturas de magnetismo em nanofitas de grafeno em zigue-zague incorporadas em uma rede hexagonal de nitreto de boro", foram publicados na prestigiosa revista acadêmica. "Materiais da Natureza".

O grafeno, como um material bidimensional único, exibe propriedades magnéticas de elétrons do orbital p que são fundamentalmente diferentes das propriedades magnéticas localizadas de elétrons do orbital d/f em materiais magnéticos tradicionais, abrindo novas direções de pesquisa para explorar o magnetismo baseado em carbono puro. Acredita-se que nanofitas de grafeno em zigue-zague (zGNRs), potencialmente possuindo estados eletrônicos magnéticos únicos próximos ao nível de Fermi, tenham grande potencial no campo de dispositivos eletrônicos de spin. No entanto, a detecção do magnetismo de zGNRs por meio de métodos de transporte elétrico enfrenta múltiplos desafios. Por exemplo, nanofitas montadas de baixo para cima geralmente têm comprimento muito curto para fabricar dispositivos de forma confiável. Além disso, a alta reatividade química das bordas de zGNR pode levar à instabilidade ou dopagem irregular. Além disso, em zGNRs mais estreitas, o forte acoplamento antiferromagnético dos estados de borda pode dificultar a detecção elétrica de seus sinais magnéticos. Esses fatores dificultam a detecção direta do magnetismo em zGNRs.

Os ZGNRs incorporados na rede hBN apresentam maior estabilidade de borda e apresentam um campo elétrico inerente, criando condições ideais para a detecção do magnetismo dos zGNRs. No estudo, a equipe utilizou CIQTEK SNVM em temperatura ambiente para observar os sinais magnéticos de zGNRs diretamente à temperatura ambiente.

Figura 1: Medição magnética de zGNR embutido em uma rede hexagonal de nitreto de boro usando Digitalização Microscópio de nitrogênio-vacância

Em medições de transporte elétrico, os transistores zGNR fabricados, com aproximadamente 9 nanômetros de largura, demonstraram alta condutividade e características de transporte balístico. Sob a influência de um campo magnético, o dispositivo exibiu magnetorresistência anisotrópica significativa, com uma variação de magnetorresistência de aproximadamente 175 Ω a 4 K, uma razão de magnetorresistência de cerca de 1,3%, e esse sinal persistiu mesmo em temperaturas de até 350 K. A histerese foi observada apenas sob um campo magnético perpendicular ao plano dos zGNRs, confirmando sua anisotropia magnética. Por meio da análise da variação da magnetorresistência com o ângulo de inclinação, os pesquisadores descobriram que o momento magnético é perpendicular à superfície da amostra. Além disso, a diminuição da magnetorresistência com o aumento da polarização fonte-dreno e da temperatura revelou a interação entre a resposta magnética, o transporte de carga e as vibrações térmicas.

Figura 2: Características de transporte magnético de dispositivos zGNR de 9 nanômetros de largura incorporados em hBN

Esta pesquisa, ao combinar Microscópio de varredura de nitrogênio-vacância Medições de tecnologia e transporte confirmaram diretamente a existência de magnetismo intrínseco em zGNRs com hBN incorporado pela primeira vez, possibilitando o controle do magnetismo por meio de um campo elétrico. Este trabalho não apenas aprofunda a compreensão das propriedades magnéticas do grafeno, como também abre novos caminhos para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de spin baseados em grafeno.

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SNVM é um Instrumento de medição de precisão que combina a tecnologia de Ressonância Magnética com Detecção Óptica (ODMR) de Vazio de Nitrogênio (NV) de Diamante com a tecnologia de imagem de varredura de Microscopia de Força Atômica (AFM). Apresenta alta resolução espacial, imagens magnéticas de alta sensibilidade, recursos de detecção versáteis e vantagens de detecção não invasiva, tornando-o importante em áreas como caracterização de domínios magnéticos, imagens antiferromagnéticas, caracterização de supercondutores e pesquisa em materiais magnéticos bidimensionais.