作为新兴二维层状材料的代表，石墨烯不仅拥有超高的载流子迁移率，在室温条件下还可实现微米级的自旋输运长度和拥有比其它材料更长的自旋弛豫时间，使其在半导体自旋电子材料的竞争中脱颖而出，成为可以构建出原子级厚度、速度和柔性完美结合的新一代纳米自旋电子器件最佳候选材料，为自旋电子学的发展带来了新的动力。然而，石墨烯不含d电子或f电子，没有本征的自旋极化电子使其无法操控自旋属性。
针对这一问题，微纳系统研究中心课题组根据新兴低维层状半导体材料磁性诱导理论，对第二类原子晶格体系（子晶格同时受阻挫）原子的磁性诱导进行了深入研究，挖掘出了低维半导体材料几何拓扑结构与自旋诱导的理论关系，发现了体系零能态定向行为是决定低维层状材料磁性调控效率的关键，进一步拓展了哈佛大学Efthimios Kaxiras 教授提出的低维材料晶格阻挫磁性诱导理论，揭示了影响低维半导体材料磁性调控效率的内在作用机制，并设计出了具有逻辑门功能的低功耗理论电子器件模型。相关研究成果以“First principles study of magnetism induced by topological frustration of bowtie-shaped graphene nanoflake”为题在线发表于国际著名权威杂志《CARBON》上（carbon, 2018, 127:432-436）。
图1 对称性与非对称性领结型零维石墨烯纳米片模型
图2 对称与非对称领结型零维石墨烯纳米片基态自旋密度分布
图3 领结型零维石墨烯纳米片（n6m1）基态波函数分布
(a)
(b)
图4 领结型零维石墨烯纳米片反铁磁耦合强度
与纳米片结构参数的关系
图5 全石墨烯逻辑门结构及不同逻辑功能的自旋密度分布图
桑胜波教授为文章的通讯作者，太原理工大学微纳系统研究中心葛阳博士与冀健龙副教授为共同第一作者，中科院力学研究所王超副研究员为合作者。研究工作得到国家自然科学基金委项目经费的支持。
文献链接：First principles study of magnetism induced by topological frustration of bowtie-shaped graphene nanoflake（DOI：10.1016/j.carbon.2017.11.005）
