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- 梯形石墨烯用于超靈敏磁場(chǎng)傳感器
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/10/9
圖顯示（左）梯形單層石墨烯形成的概念。這類(lèi)似于亞洲廣泛用于農(nóng)業(yè)的梯田稻田。（右）在鈦酸鍶（STO，左上方）和裸露的STO基板（右下方）上石墨烯的梯形形態(tài)的原子力顯微鏡圖像。
新加坡國(guó)立大學(xué)的物理學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種靈敏的二維（2-D）磁場(chǎng)傳感器，可以潛在地改善對(duì)納米級(jí)磁疇的檢測(cè)，以用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用。
磁阻（MR）是由于外部磁場(chǎng)的影響而引起的材料電阻變化，已廣泛用于磁傳感器，磁存儲(chǔ)器和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中。但是，在使用巨型MR（GMR）或隧道MR（TMR）自旋閥的傳統(tǒng)基于三維（3-D）材料的磁傳感器中，磁場(chǎng)的可檢測(cè)信號(hào)隨其感應(yīng)層的厚度呈指數(shù)衰減。這限制了傳感器的空間分辨率和靈敏度。因此，基于2D的傳感器可以潛在地改善對(duì)微小磁場(chǎng)的檢測(cè)，因?yàn)樗p僅限于一個(gè)原子層厚度。
石墨烯是一種原子厚的薄材料，具有高遷移率和高載流能力。由物理系的Ariando教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在人工階梯狀襯底的頂部添加石墨烯層，從而開(kāi)發(fā)出一種二維磁傳感器，該傳感器的電阻可以使其室溫下的原始值增加50倍。溫度。這是在相同條件下比以前的單層石墨烯器件報(bào)道的結(jié)果高十倍的結(jié)果。
納米級(jí)磁疇的檢測(cè)是一項(xiàng)基本挑戰(zhàn)。隨著磁疇變�。{米級(jí)），需要相應(yīng)地減小傳感器的尺寸，以保持高空間分辨率和信噪比。但是，對(duì)于傳統(tǒng)的基于3D材料的傳感器，尺寸的減小將導(dǎo)致熱磁噪聲和自旋扭矩不穩(wěn)定。該團(tuán)隊(duì)的最新發(fā)現(xiàn)為開(kāi)發(fā)可在室溫下運(yùn)行以檢測(cè)納米級(jí)磁疇的二維磁場(chǎng)傳感器鋪平了道路。這可以提高掃描探針磁力測(cè)定法，生物傳感和磁存儲(chǔ)應(yīng)用程序的性能。
胡俊雄先生，博士 該研究小組的學(xué)生說(shuō)：“二維磁傳感器的核心部分是通過(guò)將石墨烯堆疊在原子階梯狀襯底上而形成的階梯狀石墨烯。此過(guò)程類(lèi)似于在樓梯上鋪地毯�！�
由于其靈活性，石墨烯還將復(fù)制階梯形態(tài)。在此過(guò)程中，在梯形石墨烯中會(huì)引起地形起皺和電荷坑。在存在磁場(chǎng)的情況下，梯形石墨烯中的電流不會(huì)沿直線傳播，而是會(huì)由于水坑邊界處的不連續(xù)性而嚴(yán)重扭曲，從而導(dǎo)致其電阻發(fā)生顯著變化。
阿里安多教授說(shuō)：“這項(xiàng)技術(shù)具有開(kāi)發(fā)下一代用于檢測(cè)納米級(jí)磁疇的高靈敏度傳感器的潛力。用于傳感器的單層石墨烯膜可以批量生產(chǎn)以實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性�！�
研究團(tuán)隊(duì)已為該發(fā)明申請(qǐng)了專(zhuān)利。在進(jìn)行了概念驗(yàn)證研究之后，研究人員計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化梯形幾何形狀，并使其適合大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)。然后，這將擴(kuò)大他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而制造出用于商業(yè)用途的工業(yè)尺寸晶圓。
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