汤怒江老师组的邸茂云博士等人在石墨型氮增强氮掺石墨烯中局域磁矩之间铁磁耦合的物理机制研究方面取得进展

石墨烯具有非常弱的自旋轨道耦合以及大的自旋波刚性系数，这些优异的特征赋予其磁性具有高的居里温度的潜在可能，进而使其在自旋电子器件方面具有潜在的应用价值。然而，石墨烯完美的去局域网络使其呈现出本征非磁性，这阻碍了其在该方面的应用。理论上，氮掺杂可以有效地为石墨烯注入磁，具体包括：空位型氮复合体诱导的局域磁（σ磁）及石墨型氮诱导的巡游磁（π磁）两大类。然而，关于氮的浓度及其几何构型对铁磁增强的影响及全面的理论机制仍然缺乏研究。

最近，汤怒江老师组的邸茂云博士等人在石墨型氮增强氮掺石墨烯中局域磁矩之间铁磁耦合的理论机制研究方面取得进展。他们前期研究表明，空位型氮复合体可以诱导局域磁矩，但不足的是这些磁矩耦合作用较为微弱【Nat. Commun. 7, 10921 (2016)】。在此基础上，他们组率先从实验上验证了石墨型氮能够增强局域磁矩之间的铁磁耦合，并实现了在2 K下近乎纯的铁磁性【Phys. Rev. B 102, 094406 (2020)】。后续性地，他们的理论研究表明：ⅰ）无论是高浓度还是低浓度的氮掺杂，石墨型氮引入三聚吡啶掺杂的石墨烯中都实现了增强的铁磁；相比之下，ⅱ）石墨型氮引入三聚吡咯掺杂的石墨烯中，只有低浓度条件才能实现铁磁增强；此外，ⅲ）铁磁增强的机制主要由缺陷之间σ-π磁相互作用，缺陷近邻效应引起的能带重整，及两种缺陷的晶格匹配/失配来决定。该工作给出了氮掺杂石墨烯体系中铁磁耦合增强的全面的微观机制，这为如何在实验上获得强铁磁石墨烯提供了参考。

相关研究成果以《Comprehensive mechanism of ferromagnetism enhancement in nitrogen-doped graphene》为题，发表在New Journal of Physics 23, 103003 (20210)上。