《Science》：“氢”点石墨烯，画布添磁力

二维（2D）材料的突出特点是所有原子都在一个平面上，这带来了相应的“画布”概念：二维材料就像是空白的画布，而在其上添加不同的化学基团，将赋予材料不同的性质，就像是使用不同的颜料或油墨作画，得到千差万别的画作一样。石墨烯是二维材料的代表，也是最近几年材料领域中炙手可热的明星，它层出不穷的应用让人目不暇接，叹为观止。但它的一个缺点还没有被太多强调——没有磁性。如果石墨烯具有了磁性，它的应用领域将再次急剧扩张。

让石墨烯变得有磁性，其中一种方法是在其表面上加入氢原子，形成所谓的graphane（石墨烷）。但这种材料的稳定性是个问题，整个过程很难控制。最近，马德里自治大学的Iván Brihuega博士领导的来自西班牙、法国和埃及的合作研究团队在《Science》上发表文章，报告他们通过在石墨烯上添加氢原子，可以使其产生磁矩，而且这种可以在较大距离范围内产生铁磁性。（Atomic-scalecontrol of graphene magnetism by using hydrogen atoms. Science, DOI:10.1126/science.aad8038）

在这项研究中，研究人员利用了这样一个现象：当整个晶体的两个亚晶格出现不平衡的时候，石墨烯会产生磁性。这意味着存在于不同亚晶格中的原子数量会因为点缺陷或几何形状的原因而变得不相等。这使得吸附在晶体表面的氢附加原子（adatom）能够结合到碳原子的p_Z-轨道。最终的结果是在该蜂窝晶格上形成磁矩，相同亚晶格上的磁矩都会按照铁磁性排列，而当它们处于相对的亚晶格上时则按反铁磁性排列。

同一期的《Science》上，新罕布什尔大学的Shawna Hollen和俄亥俄州立大学的Jay Gupta对这一成果发表了评论文章（DOI:10.1126/science.aaf4521）。Hollen和Gupta认为，这样的材料如果用于存储信息，存储密度将会比之前技术高的多的多。但他们也指出，要实现实际应用还必须克服一些障碍，比如在大规模制备的条件下实现原子级的精确度。

1. http://science.sciencemag.org/content/352/6284/437

2. http://phys.org/news/2016-04-hydrogen-atoms-graphene-yield-magnetic.html