Grafene, un foglio di carbonio atomicamente sottile, è stato studiato intensamente nell'ultimo decennio per rivelare eccezionali meccaniche, elettrico, e proprietà ottiche. Recentemente, i ricercatori hanno iniziato a esplorare una proprietà ancora più sorprendente:il magnetismo. Teorie ed esperimenti hanno suggerito che sia i difetti nel grafene che i gruppi chimici legati al grafene possono far sì che mostri magnetismo; però, fino ad oggi non c'era modo di creare grafene magnetico di ampia area che potesse essere facilmente modellato. Ora, gli scienziati del Naval Research Laboratory (NRL) degli Stati Uniti hanno trovato un mezzo semplice e robusto per magnetizzare il grafene usando l'idrogeno.

Questa ricerca è stata pubblicata in Materiale avanzato , 20 gennaio 2015.

Gli scienziati dell'NRL hanno posizionato il grafene su un wafer di silicio e poi lo hanno immerso per circa un minuto in ammoniaca criogenica con un po' di litio. Il gruppo ha recentemente dimostrato che questo è un metodo rapido e delicato per aggiungere atomi di idrogeno. Ora vedono che l'idrogeno aggiunto rende la superficie ferromagnetica. Poiché questo metodo è così efficace nell'aggiunta di idrogeno, bisogna stare attenti alla durata dell'esposizione. Dott. Keith Whitener, Divisione di chimica dell'NRL, ha spiegato:"Questo metodo di idrogenazione ci dà accesso a una gamma molto più ampia di copertura dell'idrogeno rispetto ai metodi precedenti consentiti, e troppo idrogeno in realtà distrugge il magnetismo." Tuttavia, una volta fatto, il grafene magnetico era di qualità eccezionale. Dottor Paul Sheehan, Divisione di chimica dell'NRL, ha osservato che "sono rimasto sorpreso dal fatto che il grafene parzialmente idrogenato preparato con il nostro metodo fosse così uniforme nel suo magnetismo e apparentemente non avesse confini magnetici".

interessante, il gruppo NRL ha mostrato che la forza magnetica potrebbe essere sintonizzata rimuovendo gli atomi di idrogeno con un fascio di elettroni. L'impatto degli elettroni può rompere il legame chimico tra il grafene e l'idrogeno, rimuovere l'idrogeno dalla superficie. Senza l'idrogeno, il grafene non è più magnetico. Di conseguenza, controllando attentamente il percorso del fascio di elettroni si possono scrivere modelli magnetici nel grafene (Figura). "Poiché è possibile la modellazione massiccia con il sistema di litografia a fascio di elettroni commerciale, crediamo che la nostra tecnica possa essere facilmente applicabile per l'attuale fabbricazione di microelettronica, "dice il dottor Woo-Kyung Lee, ricercatore sui materiali nella divisione di chimica dell'NRL e responsabile del progetto. Furono rapidamente realizzate grandi serie di caratteristiche magnetiche, che sarebbe particolarmente utile nelle applicazioni dalla tecnologia dell'informazione alla spintronica.

Le domande che ora i ricercatori devono affrontare sono quanto può essere fine la configurazione dell'idrogeno e per quanto tempo il ferromagnetismo può essere stabile. Se si risponde a queste domande, questa tecnica potrebbe portare a un supporto di memorizzazione con una singola coppia di carbonio idrogenato che memorizza un singolo bit magnetico di dati, un miglioramento di circa un milione di volte rispetto agli attuali dischi rigidi.