摘要：通过基于密度泛函理论的全电子数值轨道第一性原理电子结构计算,研究了各种形状有限石墨烯片段（石墨烯纳米片, GNF）的磁特性,证明GNF的自旋磁有序来源于由其形状决定的π键拓扑挫折（topological frustration）作用.锯齿形边缘的三角形GNF的净自旋不为零,如同一个人造铁磁性原子团,总自旋随尺度线性增加.根据拓扑挫折原理,可以在GNF中引入较大的净自旋和独特的自旋分布,如由三角形GNF单元构成的复杂分形结构,总自旋随分形级数呈指数上升.通过刻蚀技术制作具有一定拓扑结构的GNF可以实现可控自旋电子纳米材料和器件应用.

关键词：石墨纳米片 电子自旋 形图理论 第一性原理计算 

单位：哈尔滨理工大学电气与电子工程学院; 工程电介质及其应用教育部重点实验室; 黑龙江省电介质工程重点实验室; 哈尔滨150080