石墨烯是sp²结构的六边形碳原子组成的二维网。在这种结构中，如果其中一个碳原子被提取或加入掺杂剂来替换一个碳原子，那么碳原子被移除的位置就会出现类似空洞的表现（即带正电荷的位置）。被移除的碳原子周边相邻的碳原子将提供电子，形成电子云。因此，由于一个碳原子的去除，石墨烯的结构将出现拥有被负电荷云覆盖的正电荷。这种情况的出现是由于石墨烯中π键的存在。这些电子云，像一个微小的磁铁，携带一个单位的磁性、自旋。实验表明，这类表现类似磁铁，在开启和关闭磁矩的应用中展现了极大的潜力。有必要了解的是，在金刚石结构中是观察不到此类行为的，这是因为它所有的键都是σ键，没有π键。石墨烯的这一特性引起了科学家们的注意，因为其具有较弱的自旋轨道相互作用，具有通过电场效应控制电学特性的能力，以及引入顺磁中心如空位和吸附原子的可能性。石墨烯中吸附原子的磁性具有流动性，可通过掺杂来控制，从而控制磁矩的开关。因此，碳基磁性材料技术的发展取决于磁性。这些材料为设计纳米级磁性和自旋电子器件如自旋电子器开辟了一个新途径。在磁性材料中，每个微磁铁都含有信息（“0”或“1”），它们被存储在两个磁化方向（“北”和“南”）。电子学的这一领域被称为自旋电子学。自旋电子学使科学家们研发了类晶体管器件，其信息的写入可通过开关石墨烯在磁性和非磁性状态之间进行调节来完成。这些状态的读取可以推动电流通过的传统方式进行，或更好地是通过使用自旋流进行。这样的晶体管就如同圣杯，是自旋电子学界的终极追求。

值得注意的是，石墨烯本身是无磁性的，石墨烯与任一杂质进行掺杂或用电子或离子辐照石墨烯而产生结构缺陷即可观测到磁性。通过任一过程，制造出单原子的缺陷，从而产生费米能级的准局域态。(www.daowen.com)