„Nature Materials“ – CIQTEK SNVM unterstützt Kunden bei der Erzielung entscheidender Durchbrüche bei Graphen-Spin-Geräten

August 21, 2025

Kürzlich erzielte ein Team unter der Leitung von Wang Haomin vom Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bedeutende Fortschritte bei der Untersuchung des Magnetismus von Zickzack-Graphen-Nanobändern (zGNRs) mithilfe eines CIQTEK Raster-Stickstoffleerstellen-Mikroskop (SNVM) .

Aufbauend auf früheren Forschungen ätzte das Team hexagonales Bornitrid (hBN) mit Metallpartikeln vor, um orientierte Atomgräben zu erzeugen. Anschließend verwendete es ein katalytisches CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition), um chirale Graphen-Nanobänder in den Gräben kontrolliert herzustellen. Dadurch entstanden etwa 9 nm breite zGNR-Proben, eingebettet in das hBN-Gitter. Durch die Kombination von SNVM- und magnetischen Transportmessungen konnte das Team den intrinsischen Magnetismus experimentell direkt bestätigen. Diese bahnbrechende Entdeckung legt einen soliden Grundstein für die Entwicklung graphenbasierter Spinelektronik-Bauelemente. Die Forschungsergebnisse mit dem Titel „Signatures of magnetism in zigzag graphene nanoribbons embedded in a hexagonal boron nitride lattice“ wurden in der renommierten Fachzeitschrift „Signatures of magnetism in zigzag graphene nanoribbons embedded in a hexagonal boron nitride lattice“ veröffentlicht. "Naturmaterialien".

Graphen ist ein einzigartiges zweidimensionales Material mit p-Orbitalelektronen, die sich grundlegend von den lokalisierten magnetischen Eigenschaften d/f-Orbitalelektronen in herkömmlichen magnetischen Materialien unterscheiden. Dies eröffnet neue Forschungsrichtungen für die Erforschung des reinen kohlenstoffbasierten Magnetismus. Zickzack-Graphen-Nanobänder (zGNRs), die möglicherweise einzigartige magnetische elektronische Zustände nahe dem Fermi-Niveau aufweisen, bergen vermutlich großes Potenzial im Bereich der Spinelektronik-Geräte. Die Erkennung des Magnetismus von zGNRs durch elektrische Transportmethoden ist jedoch mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Beispielsweise sind von unten nach oben zusammengesetzte Nanobänder oft zu kurz, um Geräte zuverlässig herzustellen. Darüber hinaus kann die hohe chemische Reaktivität der zGNR-Ränder zu Instabilität oder ungleichmäßiger Dotierung führen. Darüber hinaus kann die starke antiferromagnetische Kopplung der Randzustände in schmaleren zGNRs die elektrische Erkennung ihrer magnetischen Signale erschweren. Diese Faktoren erschweren die direkte Erkennung des Magnetismus in zGNRs.

Im hBN-Gitter eingebettete zGNRs weisen eine höhere Kantenstabilität auf und verfügen über ein inhärentes elektrisches Feld, was ideale Bedingungen für die Erkennung des Magnetismus von zGNRs schafft. In der Studie verwendete das Team CIQTEK s Raumtemperatur-SNVM um die magnetischen Signale von zGNRs direkt bei Raumtemperatur zu beobachten.

Abbildung 1: Magnetische Messung von zGNR eingebettet in ein hexagonales Bornitridgitter mit Scannen Stickstoffleerstellenmikroskop

In Messungen des elektrischen Transports zeigten die hergestellten, etwa 9 Nanometer breiten zGNR-Transistoren eine hohe Leitfähigkeit und ballistische Transporteigenschaften. Unter dem Einfluss eines Magnetfelds zeigte das Gerät einen signifikanten anisotropen Magnetowiderstand mit einer Magnetowiderstandsänderung von etwa 175 Ω bei 4 K, einem Magnetowiderstandsverhältnis von etwa 1,3 %, und dieses Signal blieb sogar bei Temperaturen von bis zu 350 K bestehen. Hysterese wurde nur unter einem Magnetfeld senkrecht zur Ebene der zGNRs beobachtet, was ihre magnetische Anisotropie bestätigt. Durch Analyse der Variation des Magnetowiderstands mit dem Neigungswinkel fanden die Forscher heraus, dass das magnetische Moment senkrecht zur Probenoberfläche steht. Darüber hinaus enthüllte die Abnahme des Magnetowiderstands mit zunehmender Source-Drain-Vorspannung und Temperatur die Wechselwirkung zwischen magnetischer Reaktion und Ladungstransport sowie thermischen Schwingungen.

Abbildung 2: Magnetische Transporteigenschaften von 9 Nanometer breiten zGNR-Geräten, eingebettet in hBN

Diese Forschung kombiniert Raster-Stickstoffleerstellen-Mikroskop Technologie- und Transportmessungen bestätigten erstmals direkt die Existenz von intrinsischem Magnetismus in hBN-eingebetteten zGNRs und eröffneten damit die Möglichkeit, den Magnetismus durch ein elektrisches Feld zu steuern. Diese Arbeit vertieft nicht nur das Verständnis der magnetischen Eigenschaften von Graphen, sondern eröffnet auch neue Wege für die Entwicklung von Spin-Elektronik-Geräten auf Graphenbasis.

Erleben Sie das magnetische Bildgebungssystem im Nanomaßstab

CIQTEK lädt Sie ein, die Raster-Stickstoffleerstellen-Mikroskop (SNVM) – ein weltweit führendes Nano-Magnetfeld-Bildgebungssystem, das bei Temperaturen von 1,8 bis 300 K mit einem Vektormagnetfeld von 9/1/1 T arbeitet und eine magnetische räumliche Auflösung von 10 nm sowie eine magnetische Empfindlichkeit von 2 μT/Hz erreicht ^1/2.

SNVM ist ein Präzisionsmessgerät, das die optisch detektierte Magnetresonanz (ODMR)-Technologie (Diamant-Stickstoff-Vakanz) mit der Rasterkraftmikroskopie (AFM) kombiniert. Es zeichnet sich durch hohe räumliche Auflösung, hochempfindliche magnetische Bildgebung, vielseitige Detektionsmöglichkeiten und Vorteile der nichtinvasiven Detektion aus und ist daher in Bereichen wie der Charakterisierung magnetischer Domänen, der antiferromagnetischen Bildgebung, der Charakterisierung von Supraleitern und der Forschung an zweidimensionalen magnetischen Materialien von Bedeutung.