تم الكشف عن مغناطيسية الجرافين باستخدام CIQTEK SNVM في مجلة Nature Materials

مواد الطبيعة | تصور مغناطيسية الجرافين: يُمكِّن جهاز CIQTEK SNVM من تحقيق تقدم كبير في مجال إلكترونيات الجرافين الدورانية

October 30, 2025

حقق فريق بحثي بقيادة البروفيسور هاومين وانج من معهد شنغهاي لأنظمة المعلومات الدقيقة، التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، تقدمًا كبيرًا في دراسة مغناطيسية أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة (zGNRs) باستخدام مجهر المسح الضوئي NV من CIQTEK (SNVM) .

بناءً على أبحاثهم السابقة، صنع الفريق أخاديد ذرية موجهة في نتريد البورون السداسي (hBN) عن طريق الحفر المسبق بجسيمات نانوية معدنية، وصنعوا شرائط نانوية من الجرافين مُتحكم بها كيراليًا داخل هذه الأخاديد باستخدام طريقة الترسيب الكيميائي البخاري التحفيزي في الطور البخاري. أظهرت جسيمات zGNRs الناتجة، بعرض حوالي 9 نانومتر، والمُدمجة في شبكة hBN، خصائص مغناطيسية جوهرية، تم تأكيدها تجريبيًا لأول مرة باستخدام SNVM مع قياسات النقل المغناطيسي.

يُرسي هذا العمل الرائد أساسًا متينًا لتطوير أجهزة سبينترونية قائمة على الجرافين. الدراسة، التي تحمل عنوان "علامات المغناطيسية في أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة المضمنة في شبكة نيتريد البورون السداسية" ، تم نشره في المجلة الشهيرة مواد الطبيعة .

Graphene Magnetism Revealed with CIQTEK SNVM in Nature Materials https://doi.org/10.1038/s41563-025-02317-4

فهم مغناطيسية الجرافين

الجرافين، باعتباره مادة ثنائية الأبعاد فريدة، يُظهر مغناطيسية إلكترونية في المدار p تختلف اختلافًا جوهريًا عن مغناطيسية المدار d/f الموضعية الموجودة في المواد التقليدية. يفتح هذا التمييز آفاقًا جديدة لاستكشاف المغناطيسية الكمومية القائمة على الكربون. تُعد أشرطة الجرافين النانوية المتعرجة (zGNRs) واعدة بشكل خاص لتطبيقات الإلكترونيات السبينية نظرًا لحالاتها الإلكترونية المغناطيسية المتوقعة بالقرب من مستوى فيرمي. ومع ذلك، لا يزال الكشف عن مغناطيسية zGNR من خلال قياسات النقل الكهربائي يمثل تحديًا كبيرًا.

تشمل الصعوبات الرئيسية محدودية طول الشرائط النانوية المصنَّعة من الأسفل إلى الأعلى، مما يُعقِّد تصنيع الأجهزة، والحواف التفاعلية كيميائيًا التي تؤدي إلى عدم الاستقرار أو التشويب غير المتجانس. علاوة على ذلك، في جسيمات النانو النانوية zGNR الضيقة، يُصعِّب الاقتران القوي المضاد للمغناطيسية بين حالات الحواف الكشف الكهربائي عن الإشارات المغناطيسية. وقد أعاقت هذه التحديات الرصد المباشر للمغناطيسية الذاتية في جسيمات النانو النانوية zGNR.

يكشف SNVM عن إشارات مغناطيسية في درجة حرارة الغرفة

يُعزز تضمين zGNRs داخل شبكة hBN استقرار الحافة ويُدخل مجالات كهربائية مدمجة، مما يوفر بيئة مثالية لدراسة المغناطيسية. باستخدام SNVM في درجة حرارة الغرفة من CIQTEK ، الباحثون إشارات مغناطيسية مُصوَّرة مباشرةً في zGNRs لأول مرة في ظل الظروف المحيطة .

Figure 1. Magnetic measurement of zGNRs embedded in a hexagonal boron nitride lattice using the Scanning NV Microscope

الشكل 1. القياس المغناطيسي لـ zGNRs المضمنة في شبكة نيتريد البورون السداسية باستخدام مجهر المسح NV

في قياسات النقل الكهربائي، أظهرت ترانزستورات zGNR بعرض حوالي 9 نانومتر موصلية عالية وسلوك نقل باليستي. تحت تأثير المجالات المغناطيسية، أظهرت الأجهزة مقاومة مغناطيسية متباينة الخواص واضحة، مع تغيرات في المقاومة تصل إلى 175 أوم، ونسبة مقاومة مغناطيسية تبلغ حوالي 1.3% عند 4 كلفن، والتي استمرت حتى 350 كلفن. ظهر التباطؤ المغناطيسي فقط عند تطبيق المجال المغناطيسي عموديًا على مستوى zGNR، مما يؤكد التباين المغناطيسي. أشار تحليل الاعتماد الزاوي للمقاومة المغناطيسية إلى أن العزوم المغناطيسية كانت عمودية على سطح العينة. كشف انخفاض المقاومة المغناطيسية مع زيادة انحياز المصدر والمصرف ودرجة الحرارة عن تفاعلات بين الاستجابة المغناطيسية، ونقل الشحنة، والاهتزازات الحرارية.

Figure 2. Magnetic transport characteristics of a 9 nm-wide zGNR device embedded in hBN

الشكل 2. خصائص النقل المغناطيسي لجهاز zGNR بعرض 9 نانومتر مضمن في hBN

من خلال الجمع بين تصوير SNVM وتوصيف النقل، تقدم هذه الدراسة أول دليل مباشر على المغناطيسية الجوهرية في zGNRs المضمنة في hBN وتوضح إمكانية التحكم في المجال الكهربائي للسلوك المغناطيسي. يعمل هذا العمل على تعميق فهم مغناطيسية الجرافين ويفتح فرصًا جديدة لتطوير أجهزة الدوران الإلكتروني القائمة على الجرافين.

تجربة التصوير المغناطيسي النانوي مع CIQTEK SNVM

تدعو CIQTEK الباحثين لتجربة مجهر مسح NV (SNVM) ، وهو نظام تصوير مغناطيسي نانوي رائد عالميًا يتميز بمدى درجة حرارة يتراوح بين 1.8–300 كلفن، وحقل مغناطيسي متجه 9/1/1 تيسلا، ودقة مكانية مغناطيسية 10 نانومتر، وحساسية مغناطيسية 2 μT/Hz¹ᐟ².

CIQTEK Scanning NV Microscope CIQTEK SNVM: النسخة المحيطة والنسخة المبردة

يتكامل SNVM الرنين المغناطيسي المكتشف بصريًا (ODMR) لمركز شغور النيتروجين الماسي (NV) مع تقنية المسح المجهري للقوة الذرية (AFM) إنه يوفر دقة مكانية عالية وحساسية مغناطيسية فائقة وكشفًا متعدد الوظائف وقدرات تصوير غير جراحية، مما يجعله أداة أساسية للبحث في توصيف المجال المغناطيسي، والتصوير المضاد للحديد، ودراسات الموصلية الفائقة، والمواد المغناطيسية ثنائية الأبعاد .