The magnetic properties of graphene-graphane superlattices with zigzag interfaces and separately varying widths are investigated by first-principles density functional calculations. It is demonstrated that magnetic states are energetically more stable than nonmagnetic ones due to the Stoner-type instability, and that antiferromagnetic spin configuration across the graphene strip is found to be the ground state, whereas the ferromagnetic ordering becomes metastable. The magnetic moments in the ferromagnetic states show a monotonic increase and saturation with the width of the graphene strip, independent of the graphane width due to the π-character of the spin densities. These findings point toward an alternative route for graphene-based applications without requiring physical cutting as in graphene nanoribbons.

1.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Dubonos
,
I. V.
Grigorieva
, and
A. A.
Firsov
,
Science
306
,
666
(
2004
).
2.
For a recent review, see
A. H.
Castro Neto
,
F.
Guinea
,
N. M. R.
Peres
,
K. S.
Novoselov
, and
A. K.
Geim
,
Rev. Mod. Phys.
81
,
109
(
2009
).
3.
F.
Schwierz
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
487
(
2010
).
4.
M.
Calandra
and
F.
Mauri
,
Phys. Rev. B
76
,
161406
(R) (
2007
).
5.
H.
Sevinçli
,
M.
Topsakal
,
E.
Durgun
, and
S.
Ciraci
,
Phys. Rev. B
77
,
195434
(
2008
).
6.
X.
Dong
,
Y.
Shi
,
Y.
Zhao
,
D.
Chen
,
J.
Ye
,
Y.
Yao
,
F.
Gao
,
Z.
Ni
,
T.
Yu
,
Z.
Shen
,
Y.
Huang
,
P.
Chen
, and
L. -J.
Li
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
135501
(
2009
).
7.
M. T.
Lusk
and
L. D.
Carr
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
175503
(
2008
).
8.
U.
Stöberl
,
U.
Wurstbauer
,
W.
Webscheider
,
D.
Weiss
, and
E.
Eroms
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
051906
(
2008
).
9.
Y. -W.
Son
,
M. L.
Cohen
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
216803
(
2006
).
10.
B.
Biel
,
X.
Blase
,
F.
Triozon
, and
S.
Roche
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
096803
(
2009
).
11.
F.
Muñoz-Rojas
,
J.
Fernández-Rossier
, and
J. J.
Palacios
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
136810
(
2009
).
12.
C.
Bai
and
X.
Zhang
,
Phys. Rev. B
76
,
075430
(
2007
).
13.
C. -H.
Park
,
L.
Yang
,
S. -W.
Son
,
M. L.
Cohen
, and
S. G.
Louie
,
Nat. Phys.
4
,
213
(
2008
).
14.
C. -H.
Park
,
S. -W.
Son
,
L.
Yang
,
M. L.
Cohen
, and
S. G.
Louie
,
Nano Lett.
8
,
2920
(
2008
).
15.
N.
Abedpour
,
A.
Esmailpour
,
R.
Asgari
, and
M. R. R.
Tabar
,
Phys. Rev. B
79
,
165412
(
2009
).
16.
A. K.
Singh
and
B. I.
Yakobson
,
Nano Lett.
9
,
1540
(
2009
).
17.
H.
Xiang
,
E.
Kan
,
S. -H.
Wei
,
M. -H.
Whangbo
, and
J.
Yang
,
Nano Lett.
9
,
4025
(
2009
).
18.
G.
Kresse
and
J.
Furthmueller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
19.
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
41
,
7892
(
1990
).
20.
J. P.
Perdew
and
Y.
Wang
,
Phys. Rev. B
45
,
13244
(
1992
).
21.
K.
Sawada
,
F.
Ishii
,
M.
Saito
,
S.
Okada
, and
T.
Kawai
,
Nano Lett.
9
,
269
(
2009
).
22.
K.
Nakada
,
M.
Fujita
,
G.
Dresselhaus
, and
M. S.
Dresselhaus
,
Phys. Rev. B
54
,
17954
(
1996
).
23.
L.
Pisani
,
J. A.
Chan
,
B.
Montanari
, and
N. M.
Harrison
,
Phys. Rev. B
75
,
064418
(
2007
).
24.
L.
Tapasztó
,
G.
Dobrik
,
P.
Lambin
, and
L. P.
Biró
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
397
(
2008
).
25.
C.
Campos-Delgado
,
J. M. R.
Herrera
,
X.
Jia
,
D. A.
Cullen
,
H.
Muramatsu
,
Y. A.
Kim
,
T.
Hayashi
,
Z.
Ren
,
D. J.
Smith
,
Y.
Okuno
,
T.
Ohba
,
H.
Kanoh
,
K.
Kaneko
,
M.
Endo
,
H.
Terrones
,
M. S.
Dresselhaus
, and
M.
Terrones
,
Nano Lett.
8
,
2773
(
2008
).
26.
L.
Jiao
,
X.
Wang
,
G.
Diankov
,
H.
Wang
, and
H.
Dai
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
321
(
2010
).
27.
S.
Bae
,
H.
Kim
,
Y.
Lee
,
X.
Xu
,
J. -S.
Park
,
Y.
Zheng
,
J.
Balakrishnan
,
T.
Lei
,
H. R.
Kim
,
Y. I.
Song
,
Y. -J.
Kim
,
K. S.
Kim
,
B.
Özyilmaz
,
J. -H.
Ahn
,
B. H.
Hong
, and
S.
Iijima
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
574
(
2010
).
28.
V. Y.
Aristov
,
G.
Urbanik
,
K.
Kummer
,
D. V.
Vyalikh
,
O. V.
Molodtsova
,
A. B.
Preobrajenski
,
A. A.
Zakharov
,
C.
Hess
,
T.
Hänke
,
B.
Büchner
,
I.
Vobornik
,
J.
Fujii
,
G.
Panaccione
,
Y. A.
Ossipyan
, and
M.
Knupfer
,
Nano Lett.
10
,
992
(
2010
).
29.
F. J.
Ruess
,
L.
Oberbeck
,
M. Y.
Simmons
,
K. E. J.
Goh
,
A. R.
Hamilton
,
T.
Hallam
,
S. R.
Schofield
,
N. J.
Curson
, and
R. G.
Clark
,
Nano Lett.
4
,
1969
(
2004
).
30.
D. C.
Elias
,
R. R.
Nair
,
T. M. G.
Mohiuddin
,
S. V.
Morozov
,
P.
Blake
,
M. P.
Halsall
,
A. C.
Ferrari
,
D. W.
Boukhvalov
,
M. I.
Katsnelson
,
A. K.
Geim
, and
K. S.
Novoselov
,
Science
323
,
610
(
2009
).
You do not currently have access to this content.