Nature Materials | 그래핀 자성 시각화: CIQTEK SNVM, 그래핀 스핀트로닉스 분야의 핵심 혁신을 실현하다

중국과학원 상하이 마이크로시스템 및 정보기술 연구소의 왕 하오민 교수가 이끄는 연구팀은 지그재그 그래핀 나노리본(zGNR)의 자기성을 연구하는 데 있어 상당한 진전을 이루었습니다. CIQTEK 스캐닝 NV 현미경(SNVM) .

연구팀은 기존 연구를 바탕으로, 금속 나노입자를 이용한 사전 에칭을 통해 육방정계 질화붕소(hBN)에 배향성 원자 홈을 제작하고, 기상 촉매 화학기상증착(CVD) 방법을 통해 이 홈 내에 키랄 제어 그래핀 나노리본을 합성했습니다. 그 결과, hBN 격자 내에 매립된 약 9nm 폭의 zGNR은 고유한 자기적 특성을 나타냈으며, 이는 자기 수송 측정과 결합된 SNVM을 사용하여 최초로 실험적으로 직접 확인되었습니다.

이 획기적인 연구는 그래핀 기반 스핀트로닉스 소자 개발을 위한 탄탄한 토대를 마련했습니다. “육각형 질화붕소 격자에 매립된 지그재그 그래핀 나노리본의 자기적 특성” , 유명 저널에 게재되었습니다. 자연소재 .

https://doi.org/10.1038/s41563-025-02317-4

그래핀 자성 이해

독특한 2차원 물질인 그래핀은 기존 물질에서 발견되는 국소 d/f 오비탈 자성과는 근본적으로 다른 p 오비탈 전자 자성을 나타냅니다. 이러한 특징은 탄소 기반 양자 자기 연구의 새로운 지평을 열어줍니다. 지그재그 그래핀 나노리본(zGNR)은 페르미 준위 근처에서 예측되는 자기 전자 상태를 가지기 때문에 스핀트로닉스 응용 분야에 특히 유망합니다. 그러나 전기 수송 측정을 통해 zGNR 자성을 검출하는 것은 여전히 매우 어려운 과제로 남아 있습니다.

주요 어려움으로는 상향식 합성 나노리본의 제한된 길이, 즉 소자 제작을 복잡하게 만드는 점, 그리고 불안정성이나 불균일한 도핑을 초래하는 화학적 반응성 모서리가 있습니다. 더욱이, 좁은 zGNR에서는 모서리 상태 간의 강한 반강자성 결합으로 인해 자기 신호를 전기적으로 감지하기 어렵습니다. 이러한 어려움은 zGNR의 고유 자성을 직접 관찰하는 데 방해가 되었습니다.

SNVM, 실온에서 자기 신호 밝혀내다

hBN 격자 내에 zGNR을 삽입하면 모서리 안정성이 향상되고 내장 전기장이 생성되어 자기 연구에 이상적인 환경이 조성됩니다. CIQTEK의 실온 SNVM , 연구원들 주변 조건에서 처음으로 zGNR에서 자기 신호를 직접 시각화했습니다. .

그림 1. 주사 NV 현미경을 사용하여 육각형 질화붕소 격자에 포함된 zGNR의 자기 측정

전기 전달 측정에서, 약 9nm 폭의 zGNR 트랜지스터는 높은 전도도와 탄도 전달 거동을 보였습니다. 자기장 하에서, 이 소자는 뚜렷한 이방성 자기 저항을 보였으며, 저항 변화는 최대 175Ω이었고, 4K에서 자기 저항 비율은 약 1.3%였으며, 이는 350K까지 지속되었습니다. 자기 히스테리시스는 자기장이 zGNR 평면에 수직으로 인가되었을 때만 나타나 자기 이방성을 확인했습니다. 자기 저항의 각도 의존성 분석 결과, 자기 모멘트는 시료 표면에 수직으로 배향되어 있음을 확인했습니다. 소스-드레인 바이어스와 온도 증가에 따른 자기 저항의 감소는 자기 응답, 전하 전달, 그리고 열 진동 간의 상호작용을 보여줍니다.

이 연구는 SNVM 이미징과 수송 특성 분석을 결합함으로써 hBN에 내장된 zGNR의 내재적 자기성에 대한 최초의 직접적인 증거를 제공하고 자기적 행동의 전기장 제어 가능성을 보여줍니다. 이 연구는 그래핀 자기에 대한 이해를 심화시키고 그래핀 기반 스핀트로닉스 소자를 개발할 수 있는 새로운 기회를 열어줍니다.

나노스케일 자기 이미징을 경험해보세요 CIQTEK SNVM

CIQTEK은 연구자들에게 다음과 같은 경험을 제공합니다. 주사형 NV 현미경(SNVM) 1.8~300K의 온도 범위, 9/1/1 T 벡터 자기장, 10nm 자기 공간 분해능, 2μT/Hz¹ᐟ² 자기 감도를 갖춘 세계 최고의 나노스케일 자기 이미징 시스템입니다.

CIQTEK SNVM: 주변 버전과 극저온 버전

SNVM은 다음을 통합합니다. 다이아몬드 질소 공석(NV) 중심 기반 광학 검출 자기 공명(ODMR) ~와 함께 원자간력현미경(AFM) 스캐닝 기술 . 높은 공간 분해능, 우수한 자기 감도, 다기능 감지 및 비침습적 이미징 기능을 제공하여 연구에 필수적인 도구입니다. 자기 도메인 특성화, 반강자성 이미징, 초전도 연구 및 2차원 자기 재료 .