石墨烯磁性行为的直接 ESR 证据

最近出现了关于石墨烯和石墨烯纳米带磁性的理论研究，展望了可能的自旋应用及基础科学见解。然而，这些理论努力似乎并未得到测试磁性的实验研究的同步跟进。尽管如此，近期已有实验报道了石墨烯（G-600）的室温铁磁性（RTFM）[Nano. Letters 9, 220 (2009)]，其起源仍有待探索。受此观测启发，为追溯 RTFM 的起源，我们在此报告对 G-600 进行的低温 K 波段电子自旋共振（ESR）观测结果。揭示了两个不同的与碳相关的顺磁信号，两者均具有 Lorentzian 线型：a) 一个位于 g = 2.00278 的宽信号，可归因于类石墨（GL）碳；b) 一个位于 g = 2.00288 的较窄信号，与类自由基（FL）碳相关。未检测到其他信号。我们推测 GL ESR 信号可能来自在石墨烯片层内部传播的导电 $\pi$ 载流子，而 FL ESR 信号可能源于石墨烯片层边缘由非键局域电子态产生。我们认为，GL 与 FL 中与碳相关的磁性自旋中心之间的长程直接/间接交换相互作用可能导致所报道的 RTFM，从而指出后者的碳起源。