С древнейших времен магнетизм связывался с довольно ограниченной группой веществ – железом, кобальтом, никелем и рядом редкоземельных элементов. Многие исследователи давно подозревали, что углерод облает ферромагнитными свойствами (ПЕРСТ, ФТП), однако пока не удавалось точно в этом убедиться. Обычно ферромагнетизм исследуемых углеродных образцов объяснялся наличием примесей железа, кобальта или никеля. Поэтому до сих пор все попытки доказать ферромагнетизм углерода выглядели неубедительно.
Технологии, основанные на применении углерода, в настоящее время бурно развиваются. Если бы удалось обнаружить и использовать его магнитные свойства, это могло бы произвести настоящую революцию в электронике. Поэтому многие ученые не прекращают свои исследования в этом направлении.
Ферромагнетизм связан с явлением упорядочения – магнитные моменты атомов в материале выстраиваются в одном направлении, при этом образец может разбиваться на области с различным направлением магнитного момента - домены.
Hendrik Ohldag из Stanford University (США) его коллеги утверждают, что им удалось окончательно подтвердить наличие ферромагнитных свойств у углерода. Результаты их работы были опубликованы в Physical Review Letters.
Было показано, что высокочистые углеродные образцы могут быть намагничены при комнатной температуре.
Для этого методом импульсного лазерного осаждения были получены две углеродные пленки толщиной 200 нм. Одна из них была аморфная, а другая, полученная при более высокой температуре, обладала графитоподобной структурой. Пленки были облучены сфокусированным протонным пучком, в результате чего образовались точечные намагниченные области. В процессе облучения методом PIXE (proton induced x-ray emission) было показано, что железо, кобальт и никель отсутствуют в образцах.
Области облучения были изучены методами атомно-силовой и магнитно-силовой микроскопии. Вокруг этих областей в аморфном графите образовались "магнитные кольца". Образцы были также исследованы методом рентгеновского кругового дихроизма (x-ray magnetic circular dichroism, XMCD). Было определено, что магнитное упорядочение в образцах наблюдается для пи-электронной системы углерода. Магнитный момент в области "магнитного кольца" составляет 5*10-4 - 1*10-3 магнетонов Бора. У графитизированного образца было обнаружено явление магнитной анизотропии -преимущественное направление магнитных моментов вдоль поверхности пленки.
P.S. Механизм данного явления требует дополнительного исследования и независимого подтверждения другими группами, поскольку имеющиеся у углерода p-электроны принципиально не могут вызвать выдающихся магнитных свойств. Авторы статьи считают, что повышенный магнитный момент вызван "пи-системой" связей углерод-углерод.
