Silné feromagnetické uspořádání grafenu indukované dopováním grafenu sírou: Vliv koncentrace a substituční mechanismus

Dopování cizích atomů z d- a f- skupiny do krystalové mřížky grafenu se jeví jako velice slibná strategie k indukování magnetismus do grafenu. Tato teorie je potvrzena teoretickými výpočty i experimentálními daty. Předpokládá se, že magnetické vlastnosti dopovaného grafenu jsou úzce spjaty s chemickou povahou dopovaného prvku a koncentrací odpovídajícího dopantu. Naše nedávna publikace v časopise Advanced Materials zveřejňuje dosažené výsledky získaných připravením grafenu dopovaného atomy síry, který vykazoval jedinečné magnetické vlastnost. Ukazuje se, že překročí-li hodnota koncentrace síry při dopování grafenu 4 at. %, dopovaný grafen pak vykazuje feromagnetické vlastnosti pod teplotou 62 K. Hodnota saturační magnetizace takto dopovaného grafenu dosahuje hodnoty 5.5 emu/g, což je jedna z doposud nejvyšších zveřejněných hodnot pro systémy grafen-dopant nebo dokonce obecně pro nanouhlíkaté materiály. Výpočetní data pak doplňují studii o vymezení koncentrace síry (od 4 do 6 %), která způsobuje u grafenu feromagnetické vlastnosti, kdy dopováním vzniklé paramagnetické centra aktivně komunikují přes π-elektronový systém. Vynikající magnetické vlastnosti grafenu dopovaného sírou mohou být vysvětleny tak, že každý atom síry poskytuje dva nepárové elektrony do vodivostního pásu a rovněž se předpokládá, že podporují udržitelnost magnetismu grafenu i při relativně vysokých teplotách. Tato studie má obrovský význam pro rozvoj derivátů grafenu, které vykazují samostatně udržitelný magnetismus i při pokojové teplotě.

Tucek, J.; Błonski, P.; Sofer, Z.; Simek, P.; Petr, M.; Pumera, M.; Otyepka, M.; Zboril, R. Sulfur Doping Induces Strong Ferromagnetic Ordering in Graphene: Effect of Concentration and Substitution Mechanism. Adv. Mater. 2016, 28 (25), 5045–5053. DOI: 10.1002/adma.201600939