英首次证实磷烯纳米带具备室温磁性与半导体特性

3月12日，据Nature期刊网站消息，英国剑桥大学的研究团队首次证明了磷烯纳米带（phosphorene nanoribbons，PNRs）能够在室温下表现出宏观磁性，且这种宏观磁性与半导体特性之间具有相互作用，为低维材料的量子电子学应用开辟了新路径。相关研究成果以“Magnetically and optically active edges in phosphorene nanoribbons”为题发表在《Nature》期刊上。

纳米带是低维材料的纳米级条带，具备独特的电子结构和高度暴露的边缘，是研究自旋相干、量子限制和拓扑保护态等现象的理想平台。然而，当前主流的纳米带材料（如石墨烯纳米带和过渡金属硫化物纳米带）因合成工艺复杂、长度较短（通常小于100纳米）以及低温下才能表现出所需物理特性，实际应用受限。相比之下，PNRs凭借其可规模化制备、微米级长度以及理论预测的可见带隙和边缘铁磁性，成为自旋电子学研究的理想材料。在本研究中，英国剑桥大学团队通过一系列实验，首次验证了PNRs在室温下具备宏观磁性、显著的磁各向异性、光激发磁性边缘耦合及其与半导体态相互作用的特性：PNRs在室温下展现出由边缘引发的宏观磁性，内部磁场约为240至850毫特斯拉；PNRs在溶液中具有显著的磁各向异性，可在小于1特斯拉的磁场下实现高度取向排列；在光激发诱导下，高度取向排列的PNRs中电子跃迁到与边缘磁性相关态，并与边缘声子模式耦合，形成纳米级磁–半导体界面。该工作为PNRs宏观磁性研究开辟了广阔空间，并为构建单纳米带器件和开发新型量子电子器件提供了新路径。