美国化学学会主办的纳米材料科学的权威杂志《Nano Letters》最近刊发了工学院先进材料与纳米技术系、北京大学应用物理与技术研究中心孙强教授研究组的论文“Ferromagnetism in Semihydrogenated graphene sheet” (http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/nl9020733)，报导了他们在单层石墨烯磁性研究方面的最新成果。

单层石墨烯（graphene）是目前国际上最热点的研究领域之一，它是一种带隙为零的非磁性金属材料，具有许多新奇的物理特性和广泛的应用前景。为了使graphene具有磁性，科学家提出了各种办法包括将它剪切成具有zigzag构型的零维或一维nano-ribbon结构、或产生缺陷和引入杂质原子等。现有的这些方法不但破坏了graphene的结构完整性，所产生的磁性呈非均匀分布，而且实验上难以控制。孙强教授研究组首次提出了通过半氢化的方法在graphene中实现铁磁性的思想，并将半氢化的graphene命名为graphone, 这是在继graphene, graphane 之后所引入的新的结构形态。孙强教授研究组应用自旋极化的密度泛函理论, 研究发现当氢原子吸附在石墨烯的部分碳原子上时，石墨烯的π键被破坏，导致每个没有被氢化的碳原子产生一个未配对的2p电子，它们之间长程交换耦合，形成稳定的铁磁性，其居里温度大约在278 ~ 417 K。这比目前已知的方法更具有可控性和可操作性，它不但能保持graphene 骨架结构的完整性和磁性的均匀分布， 而且还能避免在组装nano-ribbon 的过程中所引起的磁性的粹灭。该研究成果将拓广graphene sheet 的应用前景,这种新型二维铁磁性graphone sheet可望应用于自旋电子学和微电子学等多种领域。《Nano Letters》的审稿人高度评价这一工作，指出“The manuscript presents nice new scientific ideas and concepts. It certainly will trigger new experiments…”, “The ideas are inspiring…”。

该论文的第一作者周健是孙强教授的硕士研究生, 该论文的合作者包括弗吉尼亚联邦大学物理系王前副教授、P. Jena教授，中国科学院上海技术物理研究所陈效双研究员，以及日本东北大学金属材料研究所Y. Kawazoe教授。该研究得到国家自然科学基金委的资助。

铁磁性二维graphone sheet的结构模型

编辑：碧荷