京都大學的坂口浩司教授和小島崇寬助教等與加州大學伯克利分校等機構合作，開發出了一種具有磁性的碳材料。該材料由於不使用稀有金屬，因此成本得以降低，而且由碳製成，有望成為一種重量極輕的磁鐵。相關研究成果已發表在英國科學期刊《Nature》上。
圖1 磁性碳材料的原子顯微鏡（AFM）圖像（供圖：京都大學坂口教授）
磁鐵已經成為尖端技術中不可或缺的工具。它除了被廣泛用於智慧型手機和硬式磁碟機（HDD）等電子設備外，釹磁鐵之類的強磁鐵也被用於電動汽車等搭載的電機中。然而，製造強磁鐵需要昂貴的稀有金屬，有關資源的穩定供應存在地緣風險。因此，開發由低成本材料製成的磁鐵成為當前的迫切需求。
磁鐵的特性與電子的自旋性質有關，強磁鐵的自旋方向是一致的。而聚合體碳的自旋方向無法對齊或自旋密度較低，因此無法表現出磁性特性。
研究團隊利用片狀碳分子——石墨烯，將其裁剪成長條狀「石墨烯奈米帶」，並設計了具有磁性特性的結構。通過優化碳材料的原材料以及連接方式，合成了兩側邊緣具有不同結構的石墨烯奈米帶。一側的邊緣具有整齊排列的自旋，另一側邊緣不具有自旋。
當研究人員對合成碳材料進行自旋位置的檢測後，發現自旋集中於一側邊緣，這意味著材料表現出了磁性特性。據坂口教授表示，如果能夠優化碳材料的長度和密度，則「有可能開發出與使用重金屬的強磁鐵相媲美的材料」。
該碳材料目前還只能存在於真空環境中，所以研究團隊計劃繼續改進其性能，使其也能在大氣環境中使用。此外，由於磁性的強弱可以根據結構而改變，他們正在考慮不僅限於開發強磁性材料，還將進行用於HDD等設備的弱磁性材料的研發。
原文：《日本經濟新聞》、2025/1/21
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature
論文：Janus graphene nanoribbons with localized states on a single zigzag edge
DOI：doi.org/10.1038/s41586-024-08296-x
