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纯碳材料的铁磁性研究是整个sp磁性研究的一个方向，它最近几年备受人们关注。它不同于传统的基于d电子和f电子的铁磁性，对它进行理论研究必然引起磁性物理革命性的变化。而且碳材料与人类的生活密切相关，利用它的铁磁性将在很多方面改变人类生活。
在本论文工作中，讨论了碳离子束注石墨的磁性，并研究了它的机理。在单能量的碳离子注入增强石墨铁磁性的基础上，采用多能量碳离子注入，调控石墨中离子束注入引入缺陷的浓度和分布，实现了多能量碳离子束注入，增强石墨的铁磁性。而且，样品的磁性随着注入步骤的变化以及杂质分析表明，样品的铁磁性是本征的。
离子束注入石墨在室温下存在铁磁性，但其铁磁性不稳定。在室温保存一段时间的离子束注入石墨铁磁性有一定的下降。对其进行退火研究时发现石墨的铁磁性随退火温度升高而降低，而且当温度升高到473K时，样品的铁磁性退化到与样品注入前相似大小。结合多能量碳离子注入石墨在注入及退火过程中的磁性与拉曼谱的变化，发现石墨铁磁性与缺陷的结构及浓度密切相关。多能量碳离子注入石墨样品在退火过程中拉曼谱、X射线衍射谱以及小角散射都在样品加热到473K时有较大的变化，这与样品的磁性变化一致。结合各种石墨缺陷的动力学研究结果，确定了石墨中的磁性是由石墨中的空位产生的。
为进一步研究石墨磁性的机理，用近边X射线吸收精细结构谱研究了离子注入石墨的磁性与其电子结构的关系。发现离子束注入石墨的近边X射线吸收精细结构谱在～283eV出现一个新的共振吸收峰。这个峰的出现表明离子束注入在石墨的费米能附近掺入了新的能级。这个共振吸收峰的强度在注入及退火过程中都与样品铁磁性密切相关，证明了陷缺对石墨能级的掺杂是石墨中铁磁性的起源。同时，这个缺陷掺杂引起的共振峰强度随注入剂量的关系，说明这个掺杂能级是空位缺陷引起的，同时也解释了在离子束注入诱导铁磁性中存在的剂量窗口。这个共振峰的对X射线入射角的依赖关系解释了石墨中磁矩与磁矩间偶合的机理。
最后，本论文讨论了离子束注入石墨的电子自旋共振波谱。在离子束注入石墨的电子自旋共振波谱中出现了缺陷共振峰，这个峰的强度随温度的变化不符合居里-外斯定律，说明样品是铁磁性的。而且这个共振峰没有明显的铁磁共振特征，证明了铁磁性杂质不是石墨中铁磁性的来源。