• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Terraced grafen för ultrakänslig magnetfältsensor

    Figuren visar (till vänster) konceptet med den terrasserade grafenformationen i ett lager. Detta liknar de terrasserade risfälten som används allmänt i Asien för jordbruk. (Höger) Atomkraftsmikroskopibild av terrasserad morfologi för grafen på strontiumtitanat (STO, uppe till vänster) och blankt STO-substrat (nederst till höger). Kredit:Advanced Materials

    Fysiker från National University of Singapore har utvecklat en känslig tvådimensionell (2-D) magnetfältssensor, vilket potentiellt kan förbättra detekteringen av magnetiska domäner i nanoskala för datalagringsapplikationer.

    Magnetresistens (MR), förändringen i det elektriska motståndet hos ett material på grund av påverkan av ett externt magnetfält, har använts i stor utsträckning i magnetiska sensorer, magnetiska minnen och hårddiskar. Dock, i traditionella tredimensionella (3-D) materialbaserade magnetiska sensorer som använder gigantiska MR (GMR) eller tunneling MR (TMR) spin-ventiler, den detekterbara signalen från magnetfältet avtar exponentiellt med tjockleken på dess avkänningsskikt. Detta begränsar sensorernas rumsliga upplösning och känslighet. Därför, en 2-D-baserad sensor kan potentiellt förbättra detekteringen av små magnetiska fält, eftersom sönderfallet är begränsat till endast ett atomlagertjocklek.

    Grafen är ett atomtjockt tunt material med hög rörlighet och hög strömförande förmåga. Genom att lägga till ett grafenlager ovanpå ett artificiellt terrasssubstrat, forskargruppen ledd av professor Ariando från fysikavdelningen, NUS har utvecklat en 2-D magnetisk sensor med ett elektriskt motstånd som kan öka sitt ursprungliga värde 50 gånger vid rumstemperatur. Detta är tio gånger högre än vad som rapporterats på tidigare enskiktsgrafenenheter vid samma förhållanden.

    Detekteringen av magnetiska domäner i nanoskala är en grundläggande utmaning. När magnetiska domäner blir mindre (nanoskala), sensorns dimensioner måste reduceras i enlighet med detta för att bibehålla den höga rumsliga upplösningen och signal-brusförhållandet. Dock, för traditionella 3D-materialbaserade sensorer, storleksminskningen kommer att leda till termiskt magnetiskt brus och spin-vridmomentinstabilitet. Den senaste upptäckten av teamet banar väg för utvecklingen av 2-D magnetfältssensorer som kan arbeta vid rumstemperatur för detektering av magnetiska domäner i nanoskala. Detta kan förbättra prestandan för scanningsprobmagnetometri, biosensing, och magnetiska lagringsapplikationer.

    Herr Junxiong Hu, en Ph.D. student i forskargruppen, sa, "Kärndelen av den 2-D magnetiska sensorn är den terrasserade grafenen som bildas genom att stapla grafen på ett atomärt terrasserat substrat. Processen liknar att placera en matta på en trappa."

    På grund av sin flexibilitet, grafenet kommer också att replikera trappans morfologi. Under denna process, topografiska korrugeringar och laddningspölar kommer att induceras i den terrasserade grafenen. I närvaro av ett magnetfält, strömmen i det terrasserade grafenet kommer inte att färdas i en rak linje utan är starkt förvrängd av diskontinuiteterna vid gränsen för pölarna, orsakar en betydande förändring av dess motstånd.

    Prof Ariando sa, "Den här teknologin har potential att utveckla nästa generation av mycket känsliga sensorer för detektering av magnetiska domäner i nanoskala. Enskiktsgrafenfilmerna som används för sensorn kan tillverkas genom batchproduktion för skalbarhet."

    Forskargruppen har ansökt om patent på uppfinningen. Efter denna proof-of-concept-studie, forskarna planerar att optimera terrassgeometrin ytterligare och anpassa den för storskalig produktionsteknik. Detta kommer sedan att skala upp deras experimentella resultat som leder till tillverkning av wafers i industristorlek för kommersiellt bruk.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com