石墨烯氢吸附中观测到高居里温度弱磁化的新机制

为阐明仅含 $sp$ 电子的标称非磁性材料中观测到的磁性背后的物理机制，我们构建了一个极端模型来模拟石墨烯上氢吸附（直线形式）。我们对该模型的第一性原理计算产生了铁磁基态，其磁矩为每个 H 原子一个玻尔磁子，且估计居里温度高于 250~K。从石墨烯子晶格 B 中移除 $p_z$ 轨道引入了 $p_z$ 空位。由 $p_z$ 空位诱导的态并非由原子间相互作用的变化产生，而是由于共轭 $p_z$ 轨道网络的两个子晶格（A 和 B）之间的 $p_z$ 轨道不平衡而产生。因此，这些态（记为 $p_z^{\rm imbalance}$）的产生有严格要求，以避免进一步的不平衡并最小化对共轭 $p_z$ 轨道网络的影响。$p_z^{\rm imbalance}$ 的产生要求如下：1) $p_z^{\rm imbalance}$ 仅由子晶格 A 中原子的 $p_z$ 轨道组成，2) $p_z^{\rm imbalance}$ 的空间波函数反对称，3) 原则上，$p_z^{\rm imbalance}$ 在整个晶体上延伸而不衰减，除非穿过其他 $p_z$ 空位。该模型的自旋极化起源与磁有序均源于上述要求。