石墨烯表面上磁性杂质结构的自旋态调控

Graphene is one of the most promising materials for spintronics based on its effective spin transport. Investigation and control of the spin states of magnetic impurities on graphene layer is thus crucial for designing and constructing such graphene-based spintronics nanodevices because of its weak intrinsic magnetism. In this project, we propose to explore the magnetic properties of single magnetic atoms, molecules and their nano-aggregates on graphene surface on various substrates. The adsorption structures and configurations, Kondo effect, spin excitation, spin couplings, and magnetic anisotropy will be probed at the atomic scale by using ultra-low temperature microscopy and spectroscopy under high vector magnetic fields. We intend to realize the control and modulation of the spin states of magnetic impurities on graphene, and thus reach the extensive understanding of the physical issues related to electron spins. This project will be beneficial for the promising applications of graphene two-dimensional materials in the future spintronics and quantum information devices.

石墨烯能有效传输电子自旋，有望成为下一代自旋电子元件材料。由于石墨烯的本征磁性非常弱，研究和调控石墨烯上磁性杂质的自旋态是一个重要而关键的基础科学课题。本项目拟利用超高真空极低温矢量磁场 STM/STS 技术，以不同衬底石墨烯表面上的单个磁性杂质原子和分子，低维聚集体结构为研究对象，在纳米和原子尺度上探索其微观电子结构、近藤效应、自旋激发、交换耦合、表面磁各向异性等特性, 实现对石墨烯表面杂质磁性结构自旋态的调控，对其电子自旋相关的物理科学问题进行更加深入的认识和理解。本课题的实施对于石墨烯等二维原子晶体材料在未来自旋电子器件中的潜在应用将具有重要的意义，为制备石墨烯基自旋电子器件和结构提供依据。

石墨烯能有效传输电子自旋，有望成为下一代自旋电子元件材料。本项目利用超高真空极低温矢量磁场 STM/STS 技术，研究了不同金属衬底石墨烯表面上Co, Mn, Fe ,Ga, Dy等单个磁性原子，FePc 和 MnPc等磁性分子，以及不同的低维聚集体结构的吸附和自组装有序生长，并实验探测了磁性杂质结构在石墨烯表面上的电子自旋特性，包括其电子结构，近藤效应，自旋激发谱，磁学各向异性，自旋态的调控等，实现了对石墨烯表面杂质磁性结构自旋态的调控，对其电子自旋相关的物理科学问题得到了一些更加深入的认识和理解。本课题的实施对于石墨烯等二维原子晶体材料在未来自旋电子器件中的潜在应用具有重要的意义，为制备石墨烯基自旋电子器件和结构提供了依据。