重大突破！铅笔芯中的磁性，嘉定这个团队捕捉到了！

说到磁性材料，大家首先想起的就是铁、钴这些金属元素。在新材料领域，有一项理论预测指出：将铅笔芯的主要成分碳，切割成极窄的纳米带时，也会产生磁性，变成神奇的“碳磁铁”。如果这个猜想被证实，将为未来信息技术的发展开辟了一条充满潜力的新道路。

近期，位于菊园新区“嘉定科创核”的中国科学院上海微系统与信息技术研究所王浩敏团队与合作者一起取得了一项基础科学领域的重大突破。他们不仅成功制备锯齿型石墨烯纳米带，更是首次在室温状态下观测到纯碳的磁性，相关研究成果已发表在著名期刊《自然材料》上。

“这个项目从2021年就开始了，前后花了差不多4年时间。”王浩敏介绍，“锯齿型石墨烯纳米带是由纯碳做成的一条非常窄的条带，理论预测它可能会有特殊的磁性，但之前一直没人能在实验中真正‘看到’并且确认这种磁性，尤其是在室温下，这就是我们想去挑战的目标。”

王浩敏介绍，合格的石墨烯纳米带不仅要足够长、边缘像锯齿一样整齐干净，而且要非常稳定。经过反复的实验和验证，研究团队采用了一个巧妙的方法，像做“三明治”一样制造出整齐的纳米带。“我们先用一种平整的绝缘材料（六方氮化硼）做基底，然后用特殊的方法在它表面刻出非常细小的、整齐的沟槽，最后让碳原子精准地在这个沟槽里，生长成我们想要的锯齿型条带。这样长出来的条带又直又长、边缘整齐干净，还非常稳定。”王浩敏说。

锯齿型石墨烯纳米带只有头发丝的几万分之一宽，产生的磁性信号极其微弱，用传统方法根本检测不到。为了“看到”磁性，研究团队使用一种非常灵敏的显微镜——扫描NV色心显微镜，终于在室温下检测到了石墨烯纳米带的磁性信号，同时还用电学测量的方法交叉验证，进一步证实了磁性的存在。“非金属的纯碳材料在常温下也能拥有磁性，这颠覆了我们对磁性来源的传统认知。更重要的是，我们发现这种磁性是可以通过电来影响的，为开发全新的电子器件提供了可能。”王浩敏说。

扫描NV色心显微镜对锯齿型石墨烯纳米带的磁性测量

自旋电子学被认为是下一代信息技术的方向之一。目前的自旋电子器件通常需要将磁性金属集成到硅芯片中，工艺复杂且兼容性存在挑战。“碳磁铁”的证实，意味着整个器件都可以由碳一种材料构成，大大简化了设计和制造流程，为实现全碳基芯片提供了可能。

近年来，王浩敏团队在石墨烯领域实现了多项突破，这些系统性成果为低功耗存储、量子计量和自旋电子学等领域的发展提供了关键技术储备。“未来，基于这些原理的电子器件可能会比现在的芯片耗电少得多，处理信息和存储信息的能力更强，也可能催生我们现在想象不到的新功能和新设备。”王浩敏表示。

通讯员：王荣会

编辑：张子悦

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