氢化石墨烯中的反常磁性

我们重新审视由于单个原子氢或其他类似的 sp$^3$ 共价功能化化学吸附导致石墨烯中局域磁矩形成的问题。我们用单轨道 Hubbard 模型描述石墨烯，使得 H 化学吸附等价于蜂窝晶格中的空位。为了避免与周期原胞相关的伪影，我们使用高达 $8\times10^5$ 个格点的巨大模拟元胞，或者一种嵌入方案，该方案允许在原本完整的无限蜂窝晶格中建模单个空位。我们发现了三个强调该系统磁矩 ($m$) 反常性质的结果。第一，在非相互作用 ($U=0$)、零温度 ($T=0$) 情况下，$m(B)$ 是一条具有发散磁化率的连续平滑曲线，不同于在带隙系统中单个未配对自旋所发现的阶跃常数函数。第二，对于 $U=0$ 和 $T>0$，线性磁化率遵循幂律 $\propto{T}^{-\alpha}$，指数 $\alpha=0.77$，不同于传统的居里定律。对于 $U>0$，在平均场近似下，积分磁矩小于 $m=1\mu_B$，与使用周期原胞的结果相反。这三个结果突显了石墨烯中由 sp$^3$ 功能化诱导的局域磁矩的磁响应既不同于带隙系统中局域磁矩（其磁矩量子化并遵循居里定律），也不同于导体中的泡利顺磁性（其在 $T=0$ 可定义线性磁化率）。