[发明专利]一种纳米石墨烯磁性调控的方法

说明书

本发明公开了一种纳米石墨烯磁性调控的方法。在该方法中，通过在超高真空环境下共沉积的实验策略，将高纯度的前驱体分子蒸发沉积到干净的单晶基底上。然后将样品进行升温退火处理，实现同种前驱体分子之间以及不同前驱体分子之间发生脱卤以及环化脱氢反应，生成不同磁性基态的纳米石墨烯。该方法可有效调控纳米石墨烯的磁性基态，为制备其它不同磁性基态的结构提供新的路径与方法，具有较高的科研价值和广泛的应用潜力。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体地涉及通过共沉积两种前驱体分子的实验策略，实现纳米石墨烯磁性的调控。

背景技术

碳基纳米材料或者纳米石墨烯 (Nanographene，NG) 的磁性具有更加精细且微弱的自旋轨道作用、以及高的自旋刚度、更高的居里温度和自旋相干长度，可以应用于自旋电子器件当中，因而最近备受瞩目。对于存在成单电子的纳米石墨烯材料，由于成单电子的存在使得有机分子活性提高，提高了直接合成的难度。扫描隧道显微镜可以实现产物原子级精确合成以及表征，利用“在表面上合成”的方法可以在具有催化活性的基底上实现有机磁性分子的合成制备，并结合扫描隧道显微技术对其进行结构观测以及磁性表征。

从结构方面将纳米石墨烯的磁性产生分为亚晶格失衡和特殊非凯库勒结构。和石墨烯一样，纳米石墨烯中的苯环也是由两套亚晶格组成，当两套亚晶格中的碳原子个数不等时，产生单电子，为体系带来磁性。单电子的数量等于两套亚晶格中碳原子数的差。根据Lieb理论，总自旋量子数S等于二分之两套亚晶格中碳原子个数的差。另一方面，分子轨道理论认为，苯分子中六个碳原子都以sp²杂化的方式成键，六个碳原子之间以sp²杂化轨道形成六个碳碳σ键。碳原子保留一个和这个平面垂直的p_z轨道，它们彼此平行，这样碳原子的p_z轨道可以和相邻的碳原子的p_z轨道平行重叠而形成π键。对于有些纳米石墨烯体系，虽然两套亚晶格中的碳原子数相同，但是π电子网络的拓扑受限，使得并非所有的p_z轨道都能形成π键，因而杂化成了含有单电子的开壳结构，进而也存在磁性基态。“Clar高脚杯”便是其中一个典型，它的两套亚晶格的个数相等，总自旋量子数S等于0，有趣的是用凯库勒的单双键交替的画法始终无法让其得到全饱和的凯库勒结构，由于其拓扑受限，直接形成含有成单电子的非凯库勒结构。此外，当去画纳米石墨烯的化学结构式时，Clar环的数量越多，芳香性也越高、体系能量更低、结构更稳定，但往往会画出有成单电子的存在。成单电子的存在，使体系活性变高，不稳定。这一对相互矛盾的竞争关系，使得总自旋量子为0的纳米石墨烯需要进一步去判断是否有磁性的存在。

目前来说，纳米石墨烯的磁性直接取决于前驱体分子，都是前驱体分子在表面上自己环化闭合形成的磁性纳米石墨烯。在有限的前驱体分子使得磁性纳米石墨烯的种类也受到了限制，这一定程度上阻碍了对磁性纳米石墨烯的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米石墨烯磁性调控的方法。具体地，本发明利用共沉积的实验策略，将两种高纯度的前驱体分子沉积到金表面上。将所述样品进行两步反应，先升温到脱卤温度后使得样品发生脱卤以及碳碳耦联反应；再进行第二步升温，加热到环化脱氢的温度使得样品环化脱氢得到纳米石墨烯；