日本的NTT和物质材料研究机构（NIMS）与法国巴黎萨克莱大学、原子能和替代能源委员会（CEA）及奈尔研究所组成的联合研究团队，全球首次在单层石墨烯中观测到了巨大的抗磁效应，还在几何相位（拓扑）的作用方面取得了新的实验发现。该成果证明了拓扑在石墨烯中的重要作用，相关内容已于12月10日在线发布在美国科学期刊《Science》上。
研究概略图：利用配备巨磁电阻（GMR）元件的磁传感器观测单层石墨烯的巨大抗磁性（提供；NTT先端技术综合研究所）
抗磁性是针对外部施加的磁场发生逆向磁化的现象。石墨烯是将石墨减薄至1个原子层厚的物质，石墨烯中电子的能量与动量之间存在名为狄拉克锥的三角锥单点接触的特殊关系。60多年前就在理论上预测石墨烯的这个接触点（狄拉克点）表现为几何奇点，会产生巨大的抗磁性。
该理论显示，对于温度为零且没有杂质的理想石墨烯，其抗磁性在狄拉克点是无限大的。然而，由于实验总是在有限的温度下进行，而且元件中总是存在杂质，所以该理论从未被证实。
因此，在此次的研究中，联合研究团队通过用六方氮化硼保护石墨烯的两面，制作出了极其洁净的石墨烯元件。这是本次观测取得成功的第一个关键点。然后，研究团队将该石墨烯元件配置到应用GMR效应的磁传感器上，测量了抗磁响应。
发生抗磁响应时，石墨烯中的电子轨道的旋转会产生磁场，磁场中与石墨烯面平行的分量会改变GMR元件使用的铁磁薄膜的磁化方向。
在GMR元件中，构成元件的两层铁磁薄膜的相对磁化方向会改变电阻，因此能以电信号的形式观测抗磁响应。
在实际的测量中，通过边向石墨烯施加垂直方向的磁场边测量GMR元件的电阻变化，对石墨烯的抗磁响应产生的磁场进行了电气观测，根据测量结果，全球首次成功证明了狄拉克点会产生极大的抗磁响应。
石墨烯的能量波数色散关系。可通过栅极电压调节电子的密度和电荷的正负（电子或空穴），中间存在狄拉克点。（提供；NTT先端技术综合研究所）
由于抗磁响应会产生垂直于石墨烯面的磁场，因此直观上认为适合观测垂直方向的磁场，但会被为引起抗磁性而施加的外部磁场掩盖，难以精确测量。
因此，此次通过利用基于GMR元件的高灵敏度磁传感器测量水平方向而非垂直方向的磁场，成功观测到了石墨烯产生的退磁场。这是观测取得成功的第二个关键点。
另外，联合研究团队还确认，该测量结果与考虑实际实验系统的理论模型明显一致。
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
