Немагнітний вуглець може перетворитися на постійний магніт, як залізо, нікель, кобальт і деякі сплави.
Всім відомо, що чистий вуглець зазвичай не має магнітних властивостей. Але, виявляється, різні модифікації вуглецю, одного з основних цеглинок світобудови, можуть перетворюватися на магніти при певних маніпуляціях (наприклад, додаванні магнітних або немагнітних домішок, наявності дефектів тощо). Більше 10 років тому вчені висловили припущення, що графіт, наприклад, може стати магнітним, якщо злегка змінити його структуру, додавши інші елементи, наприклад, водень. Але експериментальних доказів не було.
Хендрік Олдаг (Hendrik Ohldag) зі Стенфорда (the Stanford Synchrotron Radiation Laboratory at SLAC), автор статті в New Journal of Physics, разом з колегами з Берклі (Lawrence Berkeley Lautadb) Вчені використовували потужне рентгенівське випромінювання синхротронів в Берклі і Стенфорді, щоб дослідити властивості електронів, які відповідають за магнітний порядок. Вони приступили до вивчення зразків графіту, попередньо переконавшись у відсутності магнітних домішок. Виявилося, що намагніченість графіту суттєво залежить від атомів водню на поверхні зразків. Величина магнітного моменту на поверхні може бути дуже великою, як у магнітних металів, вона спостерігається навіть при кімнатній температурі, запевняють автори.
Ми вивчали електрони та їхні статки у зразках, пояснює Олдаг. За допомогою різних методів візуалізації вчені перевірили зразки графіту до опромінення протонами і після. Потім їх помістили в магнітне поле. Сильна намагніченість поверхневого шару (близько десяти нанометрів глибиною) спостерігалася біля обох зразків. На подив вчених, намагніченість на поверхні графіту виявилася такою ж сильною, як у класичного ферромагнітного металу. Вчені пов'язують її появу з наявністю атомів водню на поверхні матеріалу.
У графіті завжди є велика кількість молекул водню H2. Атомарний водень, що утворюється з нього, впливає на електронну структуру вуглецю, що призводить до появи намагніченості. Бомбардування поверхні протонами посилює ефект. Втім, не тільки протонами, але й іншими елементами, які викликають утворення атомного водню.
Звичайно, 5-мм кубик графіту, який вивчала група Олдага, ніколи не перетвориться на дуже сильний магніт. Тим не менш, спробованість поверхневого шару графіту відкриває неймовірні можливості для застосування в наноелектроніці і квантових комп'ютерів. Наступна мета вчених - дослідження магнітних властивостей графена.