单磁性锯齿边的 Janus 石墨烯纳米带

对石墨烯纳米带（ZGNRs）中π电子的拓扑设计导致了丰富的磁性量子现象和异域量子相。对称的 ZGNRs 通常表现出反磁性耦合的自旋有序边缘态。消除 ZGNRs 中的跨边磁性耦合不仅实现了新的一类铁磁量子自旋链，从而探索量子自旋物理和多个量子比特的纠缠，在一维极限内具有重要意义，还建立了长期以来的碳基铁磁传输通道，对于 GNR 基础的量子电子学具有至关重要的扩展潜力。然而，设计此类 GNRs 面临巨大的挑战，包括同时破坏结构和自旋对称性，以及为非对称的锯齿边缘设计优雅的前体。本文报道了一种通用的用于设计和制造此类铁磁 GNRs 的方法，即采用两种不同边缘配置的 Janus GNRs。基于李布定理和拓扑分类理论，我们在一个锯齿边缘上非对称引入拓扑缺陷阵列的苯环构型，同时保持另一锯齿边缘不变。这破坏了结构对称性，导致每个单元内出现子格不平衡，引发自旋对称性破缺。设计了三个 Z 形前体，用于制造一个母体 ZGNR 和两个 JGNRs，以获得缺陷阵列的最佳晶格间距，使受损边缘的磁性边缘态得到完全抑制。通过扫描探针显微镜/光谱和第一性原理密度泛函理论表征，确认了单磁性 Janus GNRs 成功制造，其在原始锯齿边缘上具有弛豫的铁磁基态。