石墨烯不愧被称为“材料之王”，就当人们认为，在发现石墨烯20年后，石墨烯会耗尽其令人惊奇的潜力的时候，所有材料中最薄、最坚固、最具导电性的材料现在又增加了一项记录。一项研究表明，它是人们所知的最具抗磁性能，即磁阻的材料。

室温石墨烯创磁阻纪录

据《中国科学报》报道，英国曼彻斯特大学的Andre Geim和同事研究发现，石墨烯在室温下具有前所未有的磁阻。相关研究成果于4月13日发表于《自然》。

大多数材料仅在非常低的温度下显示磁阻。为了揭示这一现象，研究团队首先在一些石墨烯上施加电场，以平衡其电荷载流子的数量。然后，研究人员使用电场调整有缺陷的石墨烯的结构，以便在更原始的状态下研究这种材料。接下来，研究人员对石墨烯施加不同的磁场，以测量其磁阻的变化。

研究人员表示，在这项实验中，石墨烯在室温下比之前测试的任何其他材料（如石墨和铋等）都更具磁阻。

磁阻材料已经被用于数据存储设备中。英国兰卡斯特大学的Leonid Ponomarenko在一份声明中表示，研究人员计划继续研究石墨烯，称其“应用将随之而来”。

什么是磁阻？

磁阻既存在于大块材料中，也存在于多层结构中，它在磁场传感器中发现了一个杀手级的应用程序，比如那些用于从磁存储器读取数据的传感器。当暴露于几个特斯拉（T）的磁场时，相关材料表现出高达1000000%的电阻率变化。然而，最大的效果需要极低的温度，只有使用不切实际的液氦冷却系统才能达到。

这种温度限制源于磁阻背后的机制。磁场通过弯曲携带电流的电子的轨迹来影响材料内的电阻。因此，一个相当大的效果要求电子可以自由移动，而不会不断地从材料中的原子中散射出来。换句话说，电子需要具有较大的“流动性”才能使场对其轨迹产生显著影响。由于迁移率随温度降低，因此磁阻在室温下通常很小。

石墨烯的磁阻

石墨烯是目前已知最薄的材料，但其具有独特的磁阻特性。这是因为它们具有在室温下最高的电阻值。此外，由于这种特殊的密度和硬度，石墨烯能够吸收电磁波并使之衰减。这些原因导致了石墨烯在室温下具有惊人的电阻率，从而吸引了科学家们对它进行研究。如果将石墨烯添加到传统变压器中，它们可能会提供一种更好的解决方案来抵消电损耗。石墨烯具有良好的磁性和导电性，这使得它成为最理想的场效应材料。

由于其独特的结构，石墨烯很难被有效地加工成需要的形状或尺寸。因此，开发新的方法来增强石墨烯性能是非常必要的。一些科学家正在寻求一种可以在室温下制造出高质量石墨烯的有效方法。这些研究人员已经使用了各种不同类型的增强体进行试验，并成功地将石墨烯的磁阻提高到了一个前所未有的水平。现在，许多实验室正在寻找更高效的方式来制作高性能石墨烯。

石墨烯在室温下具有最大的材料迁移率，因此是一个很有前途的目标。然而，新加坡国立大学的主要作者Alexey Berdyugin表示，电子迁移率不足以获得大的磁阻。在大多数情况下，石墨烯的磁阻很小，因为它的作用就像金属一样，电流由一种类型的载流子电子传输。众所周知，在金属中，磁阻会随着磁场迅速饱和：场强的增加不会对电阻产生太大影响。

为了避免这种饱和，Berdyugin、Geim和他们的同事将石墨烯置于“半金属”状态，使导带和价带相互“接触”。在半金属中，电流在有限的温度下通过正电荷（空穴）和负电荷（电子）传输，这种情况被称为“电荷中性点”。在两个极性相反的载流子的情况下，磁场引起的电阻率变化不会趋于平稳，但会随场强的平方成比例变化。Berdyugin说：“我们意识到石墨烯在室温下可以满足所有要求”。

使用高质量的石墨烯片并施加电压来控制价带和导带的位置，Berdyugin团队能够将他们的设备放置在电荷中性点。当他们施加一个相对较小的100mT磁场时，他们测得的磁阻高达100%，与任何已知材料中的固有磁阻相比提高了100倍。

西班牙光子科学研究所的实验物理学家Frank Koppens说：“石墨烯总是让人惊喜！”。他说，从应用和基本的角度来看，这种非同寻常的行为都很有趣。哈佛大学凝聚态研究员Philip Kim表示，这种效应可能会导致磁传感器非常灵敏。

Berdyugin指出，石墨烯的磁阻比当今计算机中的磁阻器件略小。然而，石墨烯可以在比那些设备高得多的温度下保持工作，这可以实现独特的应用。

研究人员还研究了材料在进一步增加磁场时的反应。当场达到1-T标度时，他们发现电阻率的二次标度让位于线性标度。Berdyugin说，需要进一步的工作来为这种现象开发微观理论，但从二次到线性缩放的转换表明向奇异的量子传导机制的转变。在这种情况下，磁场中带电粒子的轨道被量子化，所有粒子同时占据这些量子化状态的零能级。

Berdyugin补充说，这种“量子半金属”状态与奇异金属有许多相似之处，奇异金属是一类在低温下超导而在高温下具有金属性的材料，其行为违背了传统的传导理论。在这两个系统中，磁阻与施加的场呈线性关系，电子散射是“普朗克式”——这意味着散射时间尺度仅受海森堡不确定性原理的限制。Berdyugin说，石墨烯的量子机制可以作为一个模型系统来研究与奇怪金属相关的物理。

这些公司透露石墨烯产品进展

A股市场上，布局石墨烯产业的相关公司超过20家。

宝泰隆拥有产能为50吨/年物理法和100吨/年化学法石墨烯生产已经投产，目前石墨烯以销定产。

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