Graphenmagnetismus mit CIQTEK SNVM in Nature Materials aufgedeckt

Nature Materials | Visualisierung des Graphenmagnetismus: CIQTEK SNVM ermöglicht einen wichtigen Durchbruch in der Graphen-Spintronik

October 30, 2025

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Haomin Wang vom Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat bedeutende Fortschritte bei der Untersuchung des Magnetismus von Zickzack-Graphen-Nanobändern (zGNRs) mit dem CIQTEK Scanning NV Microscope (SNVM) .

Aufbauend auf ihren vorherigen Forschungen stellte das Team orientierte atomare Rillen in hexagonalem Bornitrid (hBN) durch Vorätzen mit Metallnanopartikeln her und synthetisierte chiral kontrollierte Graphen-Nanobänder innerhalb dieser Rillen mittels eines katalytischen CVD-Verfahrens in der Gasphase. Die resultierenden, etwa 9 nm breiten zGNRs, die in das hBN-Gitter eingebettet waren, zeigten intrinsische magnetische Eigenschaften, die erstmals experimentell direkt mit SNVM in Kombination mit magnetischen Transportmessungen bestätigt wurden.

Diese bahnbrechende Arbeit legt eine solide Grundlage für die Entwicklung von spintronischen Bauelementen auf Graphenbasis. Die Studie mit dem Titel „Signaturen des Magnetismus in Zickzack-Graphen-Nanobändern, eingebettet in ein hexagonales Bornitrid-Gitter“ wurde in der renommierten Zeitschrift Nature Materials .

Graphene Magnetism Revealed with CIQTEK SNVM in Nature Materials https://doi.org/10.1038/s41563-025-02317-4

Graphenmagnetismus verstehen

Graphen weist als einzigartiges zweidimensionales Material einen p-Orbital-Elektronenmagnetismus auf, der sich grundlegend vom lokalisierten d/f-Orbitalmagnetismus herkömmlicher Materialien unterscheidet. Diese Unterscheidung eröffnet neue Wege zur Erforschung des kohlenstoffbasierten Quantenmagnetismus. Zickzack-Graphen-Nanobänder (zGNRs) sind aufgrund ihrer vorhergesagten magnetischen elektronischen Zustände nahe dem Fermi-Niveau besonders vielversprechend für spintronische Anwendungen. Die Detektion des zGNR-Magnetismus durch elektrische Transportmessungen stellt jedoch nach wie vor eine große Herausforderung dar

Zu den Hauptschwierigkeiten gehören die begrenzte Länge von Bottom-up-synthetisierten Nanobändern, was die Geräteherstellung erschwert, und die chemisch reaktiven Kanten, die zu Instabilität oder inhomogener Dotierung führen. Darüber hinaus erschwert die starke antiferromagnetische Kopplung zwischen Kantenzuständen in schmalen zGNRs die elektrische Detektion magnetischer Signale. Diese Herausforderungen haben die direkte Beobachtung des intrinsischen Magnetismus in zGNRs behindert.

SNVM enthüllt magnetische Signale bei Raumtemperatur

Das Einbetten von zGNRs in ein hBN-Gitter erhöht die Kantenstabilität und führt zu eingebauten elektrischen Feldern, wodurch eine ideale Umgebung für die Untersuchung von Magnetismus geschaffen wird. Mithilfe des Raumtemperatur-SNVM von CIQTEK visualisierten die Forscher erstmals magnetische Signale in zGNRs direkt unter Umgebungsbedingungen. .

Figure 1. Magnetic measurement of zGNRs embedded in a hexagonal boron nitride lattice using the Scanning NV Microscope

Abbildung 1. Magnetische Messung von zGNRs, die in ein hexagonales Bornitrid-Gitter eingebettet sind, mit dem Raster-NV-Mikroskop

Bei elektrischen Transportmessungen zeigten die ~9 nm breiten zGNR-Transistoren eine hohe Leitfähigkeit und ein ballistisches Transportverhalten. Unter Magnetfeldern wiesen die Bauelemente eine ausgeprägte anisotrope Magnetoresistenz auf, mit Widerstandsänderungen von bis zu 175 Ω und einem Magnetoresistenzverhältnis von ca. 1,3 % bei 4 K, das bis 350 K anhielt. Magnetische Hysterese trat nur auf, wenn das Magnetfeld senkrecht zur zGNR-Ebene angelegt wurde, was die magnetische Anisotropie bestätigte. Die Analyse der Winkelabhängigkeit der Magnetoresistenz deutete darauf hin, dass die magnetischen Momente senkrecht zur Probenoberfläche ausgerichtet waren. Die Abnahme der Magnetoresistenz mit zunehmender Source-Drain-Vorspannung und Temperatur zeigte Wechselwirkungen zwischen magnetischer Reaktion, Ladungstransport und thermischen Schwingungen.

Figure 2. Magnetic transport characteristics of a 9 nm-wide zGNR device embedded in hBN

Abbildung 2. Magnetische Transporteigenschaften eines 9 nm breiten zGNR-Bauelements, eingebettet in hBN

Durch die Kombination von SNVM-Bildgebung mit Transportcharakterisierung liefert diese Studie den ersten direkten Beweis für intrinsischen Magnetismus in zGNRs, die in hBN eingebettet sind, und demonstriert das Potenzial für die elektrische Feldsteuerung des magnetischen Verhaltens Diese Arbeit vertieft das Verständnis des Graphenmagnetismus und eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Graphen-basierten Spintronik-Bauelementen.

Erleben Sie magnetische Nanobildgebung mit CIQTEK SNVM

CIQTEK lädt Forscher ein, das Scanning NV Microscope (SNVM) zu erleben, ein weltweit führendes magnetisches Nanobildgebungssystem mit einem Temperaturbereich von 1,8–300 K, einem 9/1/1 T Vektormagnetfeld, einer magnetischen Ortsauflösung von 10 nm und einer magnetischen Empfindlichkeit von 2 μT/Hz¹ᐟ².

CIQTEK Scanning NV Microscope CIQTEK SNVM: die Umgebungsversion und die Kryoversion

Das SNVM integriert Diamant-Stickstoff-Fehlstellen-(NV)-Zentren-basierte optisch detektierte magnetische Resonanz (ODMR) mit Rasterkraftmikroskopie (AFM)-Scantechnologie . Es bietet eine hohe Ortsauflösung, überlegene magnetische Empfindlichkeit, multifunktionale Detektion und nicht-invasive Bildgebungsfähigkeiten und ist damit ein unverzichtbares Werkzeug für die Forschung in Charakterisierung magnetischer Domänen, antiferromagnetische Bildgebung, Supraleitungsstudien und zweidimensionale magnetische Materialien .