Nature Materials | グラフェンの磁性を可視化：CIQTEK SNVMがグラフェンスピントロニクスにおける重要なブレークスルーを実現

中国科学院上海マイクロシステム情報技術研究所のハオミン・ワン教授率いる研究チームは、ジグザググラフェンナノリボン（zGNR）の磁性の研究において大きな進歩を達成した。 CIQTEK 走査型NV顕微鏡（SNVM） 。

研究チームはこれまでの研究に基づき、金属ナノ粒子を用いたプレエッチングにより六方晶窒化ホウ素（hBN）に配向原子溝を作製し、気相触媒CVD法を用いてこれらの溝内にカイラル制御されたグラフェンナノリボンを合成した。hBN格子に埋め込まれた約9nm幅のzGNRは固有の磁気特性を示し、SNVMと磁気伝導測定を組み合わせることで初めて実験的に直接確認された。

この画期的な研究は、グラフェンベースのスピントロニクスデバイス開発の確固たる基盤を築くものである。 「六方晶窒化ホウ素格子に埋め込まれたジグザググラフェンナノリボンの磁性の兆候」 は、有名な雑誌に掲載されました 自然素材 。

https://doi.org/10.1038/s41563-025-02317-4

グラフェンの磁性を理解する

グラフェンは、特異な二次元材料として、従来の材料に見られる局在したd/f軌道磁性とは根本的に異なるp軌道電子磁性を示します。この違いは、炭素系量子磁性の探究に新たな方向性をもたらします。ジグザググラフェンナノリボン（zGNR）は、フェルミ準位近傍に磁気電子状態が予測されるため、スピントロニクス用途において特に有望です。しかしながら、電気伝導測定によるzGNR磁性の検出は依然として非常に困難です。

主な困難としては、ボトムアップ合成されたナノリボンの長さが限られているためデバイス製造が複雑になること、そして化学的に反応性の高いエッジが不安定性や不均一なドーピングにつながることが挙げられます。さらに、幅の狭いzGNRでは、エッジ状態間の強い反強磁性結合により磁気信号の電気的検出が困難になります。これらの課題により、zGNRの固有磁性を直接観測することが困難になっていました。

SNVMが室温で磁気信号を明らかに

zGNRをhBN格子内に埋め込むことで、エッジの安定性が向上し、内部に電場が導入され、磁性を研究するための理想的な環境が提供されます。 CIQTEKの室温SNVM 研究者たちは 初めて常温下でzGNRの磁気信号を直接可視化 。

図1. 走査NV顕微鏡を用いた六方晶窒化ホウ素格子に埋め込まれたzGNRの磁気測定

電気伝導測定において、約9 nm幅のzGNRトランジスタは高い導電性と弾道輸送挙動を示した。磁場下では、デバイスは顕著な異方性磁気抵抗を示し、抵抗変化は最大175Ω、磁気抵抗比は4Kで約1.3%で、この値は350Kまで持続した。磁気ヒステリシスは、磁場をzGNR面に対して垂直に印加した場合にのみ現れ、磁気異方性が確認された。磁気抵抗の角度依存性を解析した結果、磁気モーメントはサンプル表面に対して垂直に配向していることが示された。ソース・ドレイン間バイアスおよび温度の上昇に伴う磁気抵抗の減少は、磁気応答、電荷輸送、および熱振動の相互作用によるものであることが明らかになった。

この研究では、SNVM イメージングと輸送特性評価を組み合わせることで、hBN に埋め込まれた zGNR の固有磁性の初めての直接的な証拠を提供し、磁気挙動の電界制御の可能性を実証しました。 この研究により、グラフェンの磁性に関する理解が深まり、グラフェンベースのスピントロニクスデバイス開発の新たな機会が開かれます。

ナノスケール磁気イメージングを体験 CIQTEK SNVM

CIQTEKは研究者に、 走査型NV顕微鏡（SNVM） は、1.8～300 Kの温度範囲、9/1/1 Tのベクトル磁場、10 nmの磁気空間分解能、2 μT/Hz¹ᐟ²の磁気感度を特徴とする、世界をリードするナノスケールの磁気イメージング システムです。

CIQTEK SNVM: 常温バージョンと極低温バージョン

SNVMは統合します ダイヤモンド窒素空孔（NV）中心に基づく光検出磁気共鳴（ODMR） と 原子間力顕微鏡（AFM）走査技術 高い空間分解能、優れた磁気感度、多機能検出、非侵襲性イメージング機能を備えており、以下の研究に不可欠なツールとなっています。 磁区特性評価、反強磁性イメージング、超伝導研究、2次元磁性材料 。