اگرچه ورقه‌های بکر و دست‌نخورده‌‌ی گرافینی ذاتاً غیرمغناطیسی‌اند٬ اما می‌توان گرافین را با آلاییده ساختن توسط ناخالصی‌های مغناطیسی٬ فرومغاطیس ساخت. با این وجود ممکن است آلاینده‌ها نسبت به ویژگی‌های الکترونی بالایی که گرافین داراست٬ مضر باشند. اکنون جینگ شی (Jing Shi) و همکارانش از دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید روش جایگزینی را برای مغناطیسی‌کردن یک تک‌ورقه از گرافین توسعه داده‌اند. در این روش گرافین در  مجاورت با یک عایق مغناطیسی قرار می‌گیرد. آن‌طور که آنان نشان داده‌اند٬ این کار باعث می‌شود گرافین به فرومغناطیسی تبدیل شود درحالی‌که تحرک الکترونی بالای آن حفظ می‌شود.

اگر لایه‌های نازکی شبیه گرافین را در مجاورت یک ماده‌ی فرومغناطیس قرار دهیم٬ خاصیت مغناطیسی در این لایه‌ها القا می‌شود. با این حال اگر این فرومغناطیس فلز نیز باشد (همان‌طور که اغلب به این شکل است) اتصال‌کوتاه رخ داده و موجب می‌شود هیچ جریانی از گرافین عبور نکند. برای پرهیز از این رویداد٬ شی و گروهش یک گرافین تک‌لایه را بر روی یک زیرلایه‌ی فرومغناطیس عایق ساخته شده از ایتریوم گالانت آهن (YIG) قرار داده‌اند. آن‌ها نشان داده‌اند که حضور این زیرلایه٬ گرافین را مغناطیسی کرده درحالی‌که خواص و ویژگی‌های الکترونی آن را دست نخورده باقی می‌گذارد.

این پژوهش‌گران برای سنجش حالت مغناطیسی گرافین اندازه‌گیری‌های اثرهال را انجام داده‌اند. در این اثر با اعمال یک میدان مغناطیسی٬ جریانی از طول ماده گذرانده می‌شود که یک ولتاژ عرضی القا می‌کند. اثر هال در هر ماده‌ی رسانایی رخ می‌دهد اما این رفتارِ مشاهده شده نشان‌گر یک «اثر هال غیرعادی» است که از ویژگی‌های فرومغناطیس است. اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهد که حالت فرومغناطیس القاشده‌ در گرافین ناشی از قطبش اسپینی الکترون‌هایش است و در اثر جفت‌شدگی مابین الکترون‌ها در دو ماده رخ می‌دهد. همچنین شی و همکارانش مشاهده کرده‌اند که این حالت القاشده٬ جفت‌شدگی معمولاً کمِ اسپین-مدار در گرافین را ازتقاء می‌بخشد که باعث تحقق فیزیک توپولوژیک عجیب و غریب در این ماده می‌شود.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.

منبع: