Janusgesichtige Nanobänder aus Kohlenstoff zeigen eine magnetische Kante

Einem internationalen Team aus Forscherinnen und Forschern der National University of Singapore, der University of Berkeley in Kalifornien, der Universität von Kyoto in Japan, der Tianjin University in Fuzhou, China und der Universität Regensburg ist es jetzt gelungen, lokalisierte Zustände an einer von zwei Kanten eines nur wenige Atome breiten Kohlenstoff-Nanobandes mit interessanten magnetischen Eigenschaften herzustellen und nachzuweisen.
Rasterkraftmikroskopische Abbildung eines Janus-Nanokohlenstoffbandes mit einer magnetischen Zick-Zack Kante und einer mit Benzol dekorierten nichtmagnetischen Kante .
National University of Singapore
Janus, der römische Gott des Beginns und des Endes soll zwei in entgegengesetzte Richtungen zeigende Gesichter gehabt haben. Der Begriff „Janus“ wurde 1989 von C. Casagrande in die Materialwissenschaften übertragen, der damit Glaskügelchen beschrieb, die an einer Seite hydrophil und an der anderen hydrophob sind. Der französische Physiker Pierre-Gilles de Gennes hat den Begriff des Janusteilchens in seiner Nobelpreisrede 1991 aufgegriffen und weiter popularisiert. Allgemein versteht man unter Janusteilchen Materialien, die an entgegengesetzten Seiten verschiedene Eigenschaften aufweisen.
Einem internationalen Team aus Forscherinnen und Forschern der National University of Singapore, der University of Berkeley in Kalifornien, der Universität von Kyoto in Japan, der Tianjin University in Fuzhou, China und der Universität Regensburg ist es jetzt gelungen, einatomar dünne und nur etwa ein Millionstel Millimeter breite Bänder aus Kohlenstoff herzustellen, deren eine Kante mit regulär angeordneten Benzolmolekülen dekoriert ist und deren andere Kante gerade verläuft . Die beiden Kanten unterscheiden sich in ihrem magnetischen Verhalten. Die gerade Kante verhält sich magnetisch, die durch Benzol gestörte Kante nichtmagnetisch.
Magnetische Eigenschaften entstehen als Folge des Eigendrehimpulses von Elektronen, dem Spin, welcher mit einem magnetischen Moment verknüpft ist. Man kann sich also jedes Elektron nicht nur als annähernd punktförmige elektrische Ladung, sondern zusätzlich auch als Kompassnadel mit magnetischen Eigenschaften vorstellen. Dem Team ist es gelungen, lokalisierte Zustände an einer von zwei Kanten eines nur wenige Atome breiten Kohlenstoff-Nanobandes mit interessanten magnetischen Eigenschaften herzustellen und nachzuweisen.
„Anwendungen dieser Neuheit liegen in der Möglichkeit, eindimensionale Spinsysteme untersuchen zu können, etwa als ferromagnetische Spinketten, um das nach Werner Heisenberg benannte Modell für Magnetismus zu überprüfen“, sagt Prof. Franz J. Gießibl von der Universität Regensburg. „Außerdem könnte man damit vollständig spinpolarisierte Ströme realisieren und Fortschritte in der Spintronik, der Elektronik mit Hilfe von Elektronenspins, erzielen“, so der Forscher. Der Beitrag aus Regensburg ist die Optimierung der rasterkraftmikroskopischen Abbildung, mit der die Struktur der beiden verschiedenen Kanten klar sichtbar gemacht werden konnte.
Shaotang Song, Yu Teng, Weichen Tang, Zhen Xu, Yuanyuan He, Jiawei Ruan, Takahiro Kojima, Wenping Hu, Franz J. Giessibl, Hiroshi Sakaguchi, Steven G. Louie, Jiong Lu; „Janus graphene nanoribbons with localized states on a single zigzag edge“; Nature, 2025-1-8
Mittels einer Kombination organischer Chemie und Oberflächenchemie im Ultrahochvakuum eindimensionale Spin-Ketten aus Kohlenstoff fabriziert
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Originalveröffentlichung
Shaotang Song, Yu Teng, Weichen Tang, Zhen Xu, Yuanyuan He, Jiawei Ruan, Takahiro Kojima, Wenping Hu, Franz J. Giessibl, Hiroshi Sakaguchi, Steven G. Louie, Jiong Lu; „Janus graphene nanoribbons with localized states on a single zigzag edge“; Nature, 2025-1-8
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