研究发现可用超薄碳制成微型电磁铁
石墨烯是由一层碳原子组成的超薄薄片。但这种在2004年才被发现的材料却具有非凡的特性。来自德国、波兰、印度和美国的国际研究人员正是利用了石墨烯的这一特性。他们利用成熟的半导体技术，将数千个微米大小的石墨烯圆盘应用到一个小型芯片上。然后将该芯片暴露在介于微波和红外线之间的一种特殊辐射中：短太赫兹脉冲。
为了达到最佳条件，由德国电子科技大学领导的工作小组在实验中使用了一种特殊的光源：HZDR的FELBE自由电子激光器可以产生极强的太赫兹脉冲。实验结果非常惊人：HZDR物理学家斯蒂芬·温纳尔（StephanWinnerl）博士报告说：“微小的石墨烯磁盘短暂地变成了电磁铁。”
“我们能够产生0.5特斯拉的磁场，大约是地球磁场的一万倍。这些磁脉冲很短，只有大约10皮秒或十亿分之一秒长。”温纳尔说。
辐射脉冲搅动电子实验成功的先决条件是研究人员必须以特定的方式极化太赫兹闪光。专门的光学仪器改变了辐射的振荡方向，使其在空间中螺旋式移动。当这些圆偏振闪光击中微米大小的石墨烯圆盘时，就产生了决定性的效果：在辐射的刺激下，石墨烯圆盘中的自由电子开始旋转，就像用木勺搅拌桶中的水一样。根据基本的物理定律，循环电流总是会产生磁场，因此石墨烯圆盘变异成了微小的电磁铁。
杜伊斯堡-埃森大学教授马丁·米滕多夫（MartinMittendorff）说：“这个想法其实很简单。事后看来，我们对以前没有人这样做感到惊讶。”同样令人惊讶的是这一过程的效率：与用光照射纳米金粒子的实验相比，HZDR的实验效率要高出一百万倍，这是一个令人印象深刻的提升。这种新现象最初可用于科学实验，将材料样品暴露在短而强的磁脉冲下，以更详细地研究某些材料特性。
“采用我们的方法，磁场不会像许多其他方法那样发生极性反转，”温纳尔解释说，“因此，它仍然是单极的。换句话说，在来自石墨烯磁盘的磁脉冲持续的10皮秒内，北极仍然是北极，南极仍然是南极——这对
某些系列实验来说是一个潜在的优势。”
磁性电子产品的梦想从长远来看，这些微小的磁体甚至可能对未来的某些技术有用：当超短辐射闪光产生这些磁铁时，石墨烯圆盘就能进行极其快速和精确的磁切换操作。例如，这不仅对磁性存储技术很有意义，而且对所谓的自旋电子学——一种磁性电子学——也很有意义。
在这里，处理器中流动的不是电荷，而是以电子自旋形式存在的微弱磁场。人们希望这能再次大大加快开关过程。可以想象，石墨烯磁盘可以用作可切换电磁铁，控制未来的自旋电子芯片。
然而，专家们必须为此发明非常小的、高度微型化的太赫兹源——当然，这还有很长的路要走。温纳尔评论说：“你无法使用像我们在实验中的那种完全自由电子激光器。”不过，实验室桌子上的辐射源应该足以满足未来科学实验的需要。在一些研究设施中已经可以找到这种更为紧凑的太赫兹辐射源。（航柯）