分子基磁体在量子自旋霍尔效应中的应用——深切缅怀恩师游效曾先生

【作者】 李晶； 秦宇远； 杨莉； 孔明； 宋友； 宋凤麒；

【机构】 南京大学配位化学国家重点实验室； 南京大学固体微结构国家实验室；

【摘要】 分子基磁体自发现至今已经历了几十年的研究历程,其中不乏磁相转变温度在100 K以上可能被应用的三维磁体;低维磁体特别是单离子磁体在近几年在提高阻塞温度方面更是不断涌现新的突破,然而,把分子基磁体真正运用到日常生活和工业生产中还需要一个较长的过程。一方面,我们需要获得稳定的具有更高磁相转变温度或阻塞温度的分子基磁体,同时也需要为将来的应用准备器件方面的尝试。量子自旋霍尔效应是近几年国际上非常热门的研究课题,如果能得到不加外磁场的量子霍尔效应,那么材料就可以象超导体一样被应用,不但节省大量能源,而且通过这种材料可以在电子工业领域引起革命性的发展。量子霍尔效应的观察需要外加一个强的磁场,这严重阻碍材料在实际中的应用,但内置磁体因其在分子层面上强的电磁作用可以取代外加磁场达到同样的效果,物理学家正是利用这种手段来获得显示具有反常量子霍尔效应的材料。分子基磁体同传统磁体相比具有种类多样、易溶等特点,所以作为材料上的内置磁体可选择范围广、附着在材料上的操作比较简单。正是基于这种考虑,我们利用单分子磁体作为内置磁体附着在石墨烯上,观察其量子霍尔效应的变化,实验结果发现,同样条件下有单分子磁体的单层石墨烯电子迁移率得到了非常明显的改善,部分样品迁移率从～5000cm~2/(Vs)提高到了～10000 cm~2/(Vs),从而在CVD石墨烯中观察到了无质量狄拉克费米子的半整数量子霍尔效应。通过低温磁阻的分析,我们发现石墨烯的自旋轨道相互作用的强度从初始的0.26meV增大到了修饰后的3.28 meV,这为日后在石墨烯体系中实现量子自旋霍尔效应做了必要的准备。更多还原