磷纳米带在室温下显示出磁性和半导体性能

科学家们长期以来一直怀疑，磷烯纳米带（PNR）——只有几纳米宽的黑色磷薄片——可能表现出独特的磁性和半导体特性，但很难证明这一点

在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，研究人员专注于探索这些纳米带的磁性和半导体特性的潜力。利用超快磁光光谱和电子顺磁共振等技术，他们能够证明PNR在室温下的磁性行为，并展示这些磁性如何与光相互作用

这项研究是在卡文迪什实验室与其他研究所合作进行的，包括华威大学、伦敦大学学院、柏林自由大学和奈梅亨的欧洲高磁场实验室，揭示了关于磷烯纳米带的几个关键发现

值得注意的是，这些纳米带在室温下表现出宏观磁性。在相对较弱的磁场（<；1T）下，它们令人惊讶地在溶液中引人注目，几乎就像铁屑在磁铁周围排列一样。此外，当在薄膜中时，它们可以显示出仅类似于铁和镍等经典磁性金属的宏观磁性行为

“最令人兴奋的是，我们发现，除了这些磁性之外，PNR在纳米带的磁性边缘上还具有激发态，在那里它与原子振动（声子）相互作用，而原子振动通常是材料体对称性所不允许的，”三一学院初级研究员、该论文的第一作者Arjun Ashoka说，“这种不寻常的相互作用使PNR能够在其一维边缘上独特地耦合磁性、光学和振动特性。”二维表面：边缘。“

这项工作特别重要，因为它标志着对预测但难以观察的磷烯纳米带磁性的首次实验验证

伦敦大学学院的Chris Howard补充道：“确认磷烯纳米带本质上既是半导体又是磁性的，不需要低温或掺杂，这一点尤为重要和新颖。虽然这种特性是预测的，但直接观察它是对这些预测的令人难以置信的验证。”他的团队首次合成了这些纳米带

这项研究最突出的是它有可能影响多种科学技术途径。这项研究可以为自旋电子器件开辟新的途径，这些器件使用电子自旋而不是电荷来实现新的计算技术，如量子器件、柔性电子器件和下一代晶体管的可扩展制造

通讯作者Raj Pandya说：“这项工作最棒的地方，除了是一个非常令人兴奋的发现外，是我们与10多个研究所合作了5年的伟大团队，突出了我们合作时可以完成的惊人科学。”Raj Pandia在这项研究时是卡文迪什实验室的初级研究员，现在在华威大学

研究人员对这项工作的未来方向感到兴奋。他们的下一步包括寻找研究磁性与光的耦合以及这些带边缘振动的方法，并探索它们开发全新设备概念的潜力 More information: Raj Pandya, Magnetically and optically active edges in phosphorene nanoribbons, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08563-x. www.nature.com/articles/s41586-024-08563-x

Journal information: Nature