近日，聊城大学物理科学与信息工程学院王晓春教授课题组在石墨烯上吸附金属小团簇的独特量子磁悬浮效应方面取得新进展。研究成果以“Fe₄ cluster as the smallest 3D Fe cluster with unique quantum magnetic levitation effect on graphene”（“石墨烯上具有独特量子磁悬浮效应的三维最小Fe₄团簇”）为题，发表于《Applied Surface Science》SCI期刊（中科院一区，影响因子7.39）。该论文的第一作者为香港城市大学博士研究生马宁贵，第一通讯作者为我院王晓春教授，聊城大学为第一署名单位。

这项工作研究了石墨烯上吸附的小金属团簇的独特量子磁悬浮效应。使用第一性原理计算，作者发现了类似玉米构型的四面体Fe₄团簇和石墨烯之间的感应磁矩。首先，在没有外部能量注入的情况下，3D磁性Fe₄团簇在石墨烯中自发地诱导了抗磁矩。此外，作为Fe_n团簇中最小的3D粒子，Fe₄团簇可以通过Fe团簇和石墨烯之间的排斥磁相互作用悬浮起来。Fe₄团簇在石墨烯上的不同吸附构型之间转换的最大能垒低至0.8eV，使得Fe₄团簇可以在很容易在不同位点之间扩散。转换能量屏障相对较低，从而导致低的能量消耗。重要的是，Fe团簇之间的排斥可能导致形成超高密度（1.18×10¹⁴/cm²）的独立量子点阵列，并避免形成更大的团簇。这些量子态可用于下一代计算应用的纳米级数据存储设备，而小扩散势垒可能在量子机械传感和纳米级磁悬浮方面提供潜在应用。

该工作获得了国家自然科学基金面上项目的支持。

论文全文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157315

（审稿：刘才龙）