京都大学的坂口浩司教授和小岛崇宽助教等与加州大学伯克利分校等机构合作，开发出了一种具有磁性的碳材料。该材料由于不使用稀有金属，因此成本得以降低，而且由碳制成，有望成为一种重量极轻的磁铁。相关研究成果已发表在英国科学期刊《Nature》上。
图1 磁性碳材料的原子显微镜（AFM）图像（供图：京都大学坂口教授）
磁铁已经成为尖端技术中不可或缺的工具。它除了被广泛用于智能手机和硬盘驱动器（HDD）等电子设备外，钕磁铁之类的强磁铁也被用于电动汽车等搭载的电机中。然而，制造强磁铁需要昂贵的稀有金属，有关资源的稳定供应存在地缘风险。因此，开发由低成本材料制成的磁铁成为当前的迫切需求。
磁铁的特性与电子的自旋性质有关，强磁铁的自旋方向是一致的。而聚合物碳的自旋方向无法对齐或自旋密度较低，因此无法表现出磁性特性。
研究团队利用片状碳分子——石墨烯，将其裁剪成长条状“石墨烯纳米带”，并设计了具有磁性特性的结构。通过优化碳材料的原材料以及连接方式，合成了两侧边缘具有不同结构的石墨烯纳米带。一侧的边缘具有整齐排列的自旋，另一侧边缘不具有自旋。
当研究人员对合成碳材料进行自旋位置的检测后，发现自旋集中于一侧边缘，这意味着材料表现出了磁性特性。据坂口教授表示，如果能够优化碳材料的长度和密度，则“有可能开发出与使用重金属的强磁铁相媲美的材料”。
该碳材料目前还只能存在于真空环境中，所以研究团队计划继续改进其性能，使其也能在大气环境中使用。此外，由于磁性的强弱可以根据结构而改变，他们正在考虑不仅限于开发强磁性材料，还将进行用于HDD等设备的弱磁性材料的研发。
原文：《日本经济新闻》、2025/1/21
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature
论文：Janus graphene nanoribbons with localized states on a single zigzag edge
DOI：doi.org/10.1038/s41586-024-08296-x
