施加电压可改变四层石墨烯材料磁性状态

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来源：科技日报

科技日报记者 刘霞

美国康奈尔大学研究团队开展的一项最新研究发现，向由四层石墨烯构成的材料施加电压，可改变各层之间的相对排列，使材料在非磁性与磁性状态之间切换。更值得注意的是，撤去电压后，这种磁性状态仍能保持。这一发现为调控二维材料的量子特性提供了新思路。相关论文发表于新一期《自然·纳米技术》杂志。

材料的性质不仅取决于它由哪些原子构成，还取决于这些原子如何排列。石墨和金刚石便是一个典型例子：二者都由碳原子组成，却因原子排列和电子结构不同，在颜色、硬度、透明度、导电性等方面差异巨大。

此前，科学家想要改变材料结构，往往需要打破强化学键并重新排列原子，过程耗时耗能，通常还需高温高压。团队希望找到一种更简便、高效且实用的方法。

在本研究中，团队聚焦由四层石墨烯构成的材料。石墨烯是由碳原子按六边形排列形成的单原子厚二维材料。研究发现，施加电压可以改变石墨烯层之间的堆叠方式。四层石墨烯最稳定、最常见的堆叠模式对应非磁性状态；而电压可将其转变为较少见、较不稳定的菱面体堆叠构型，这种构型与磁性、超导性以及多种奇异量子现象密切相关。

团队表示，这项技术的特别之处在于其“非易失性”：一旦电压使原子层发生位移，材料便会稳定停留在新的堆叠状态，即使撤去电压，磁性也不会立即消失。这意味着，这种结构变化本身可成为一种可靠的记忆载体，并且能在两种状态之间较为稳定地反复切换。

团队表示，能用电可逆地改变材料结构，为设计可按需“重写”特性的材料开辟了新路径。通过电场调控堆叠结构，不仅有望切换磁性，还可能调控超导及其他量子态，从而为可重构量子材料和新型非易失性存储器提供新的研究方向。

关键词： 量子 碳原子 石墨烯材料