ナノグラファイトの特異な磁性と電界効果トランジスタを用いた電荷・磁性制御

纳米石墨独特的磁性以及使用场效应晶体管控制电荷和磁性

• 批准号: 06F06353
• 负责人: 榎 敏明
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06F06353/
• 关键词: ナノグラフェン; ナノグラファイト; 磁気緩和; ナノポア; 磁性; 気体吸着; 非平衡電子状態; 気体吸収; 分子磁性; 電子スピン共鳴; 電子輸送

ナノグラファイト・ドメインが3次元無秩序ネットワークを構成する活性炭素繊維において、ESR、静磁化率、電気伝導度測定により、エッジ状態スピンの磁気構造とその動的性質の解明をおこなった。ESR測定から、その線幅は温度の低下に伴って直線的に減少し、約20K付近で急激に増加し、それ以下の温度で温度依存性のない線幅の挙動を示した。また、静磁化率はCuire的な局在スピンの挙動を測定全温度領域で示した。一方、ESR測定により求めた磁化率はマイクロ波強度依存性を示し、1μWでは、線幅の急増する20Kにおいて鋭いピークを持ち、その低温側で減少する傾向を示した。また、IOμWではピークは消滅した。更に、マイクロ波強度依存性は、ピークを示す温度の上では、均一スピン系が示す飽和曲線を示し、ピーク温度の下の温度では、不均一スピン系としての挙動を示した。このことに加え、ピーク温度直下の温度で、大きなマイクロ波エネルギー(15mW)でのESRシグナルには、ホールバーニング現象が観測された。以上の結果は20K以下の温度領域でエッジ状態スピン系が不均一な非平衡スピン状態となっていることを示している。ナノグラファイト・ドメインを構成するナノグラフェン・シートは不規則な構造を持ち、ジグザグ端の最近接サイト間の強い強磁性相互作用とジグザグ端間の弱い強磁性/反強磁性相互作用の連携により発生する正味の磁気モーメントを持つフェリ磁性状態を形成し、それぞれの磁気モーメントの大きさに大きな分布を持つため、ESR線幅は不均一幅をもつものと考えられる。20K以下の特異な挙動は、ナノグラフェン・シート間の電子ホッピング頻度が急激に減少する低温では、ナノグラフェン・シートそれぞれが非平衡スピン構造を持つことを示唆している。また、高温での線幅の挙動はs-d相互作用と類似の局在エッジ状態スピンとπ伝導電子との相互作用により説明される。

在纳米石墨域构成三维无序网络的活性碳纤维中，我们通过测量ESR、静磁化率和电导率阐明了边缘态自旋的磁结构及其动态特性。 ESR 测量表明，线宽随着温度降低而线性减小，在 20K 左右急剧增加，并且在该温度以下表现出与温度无关的线宽行为。此外，静磁化率在整个测量温度范围内表现出类似 Cuire 的局部自旋行为。另一方面，通过ESR测量确定的磁化率显示出对微波强度的依赖性；在1μW时，它在20K处出现尖峰，其中线宽迅速增加，并且在较低温度下表现出减小的趋势。而且，峰在10μW处消失。此外，微波强度依赖性在峰值温度以上表现出与均匀自旋系统相似的饱和曲线，而在峰值温度以下表现为非均匀自旋系统。除此之外，在高微波能量（15 mW）和略低于峰值温度的温度下，在 ESR 信号中观察到烧孔现象。上述结果表明，边缘态自旋系统在20K以下的温度区域处于非均匀非平衡自旋状态。构成纳米石墨畴的纳米石墨烯片具有不规则的结构，这是由锯齿形边缘的最近位点之间的强铁磁相互作用和锯齿形边缘之间的弱铁磁/反铁磁相互作用的共同作用造成的，因为具有网状的亚铁磁态。形成磁矩且各磁矩大小分布较大，则认为ESR线宽不均匀。低于 20 K 的特殊行为表明，每个纳米石墨烯片在低温下都具有非平衡自旋结构，其中纳米石墨烯片之间的电子跳跃频率迅速降低。此外，高温下的线宽行为可以通过局域边缘态自旋与π传导电子之间的相互作用来解释，这类似于s-d相互作用。

项目成果

Mechanism of ESR line-broadening in helium adsorbed ACF

氦吸附 ACF 的 ESR 谱线展宽机制

• 发表时间: 2008
• 作者: Joseph Joly V. L.;他2名
• 通讯作者: 他2名

Anomalous electronic and magnetic interactions in activated carbon fibers under controlled atmosbhere

受控气氛下活性碳纤维中的异常电子和磁相互作用

• 发表时间: 2007
• 作者: Joseph Joly;V. L.
• 通讯作者: V. L.

Magnetic Effects of Adsorbed Oxygen on the ESR Line of Nanographite Network

吸附氧对纳米石墨网络ESR线的磁效应

• 发表时间: 2008
• 作者: V.L. Joseph Joly;Kazuyuki Takai;Toshiaki Enoki
• 通讯作者: Toshiaki Enoki