二维点缺陷网络驱动石墨室温铁磁性

碳基材料中的铁磁性对于应用和基础科学目的都具有吸引力，因为碳是一种轻质且生物相容的材料，仅包含 s 和 p 电子，这与基于 3d 或 4f 电子的传统铁磁体形成对比。本文通过磁力显微镜和室温下的体磁化测量，直接证明了高度定向热解石墨（HOPG）中缺陷结构处的局域铁磁序。经过仔细分析，排除了磁性杂质作为磁信号起源的可能性，支持了碳的本征磁性行为。观察到的铁磁性归因于 HOPG 晶界处局域的未配对电子自旋。晶界形成点缺陷的二维阵列，其间距取决于两个晶粒的相互取向。根据这些点缺陷之间的距离，晶界的扫描隧道谱显示，对于小间距（< 4 nm）的缺陷，存在两个强烈的分裂局域态；对于大间距（> 4 nm）的缺陷，在费米能级处存在一个局域态。