Графеновые датчики находят тонкости в магнитных полях
Как и в случае с актерами и оперными певцами, при измерении магнитных полей полезно иметь диапазон.
Исследователи из Корнелла использовали ультратонкий графеновый «бутерброд» для создания крошечного датчика магнитного поля, который может работать в более широком диапазоне температур, чем предыдущие датчики, а также обнаруживать незначительные изменения магнитных полей, которые в противном случае могли бы потеряться на более крупном магнитном фоне.
Датчик Холла В комплекте
Исследователи во главе с Катей Новак, доцентом физики, создали этот датчик Холла микронного масштаба, поместив графен между листами гексагонального нитрида бора, в результате чего получилось устройство, которое работает в более широком диапазоне температур, чем предыдущие датчики Холла.
Документ группы «Пределы обнаружения магнитного поля для сверхчистых графеновых датчиков Холла» опубликован 20 августа в журнале Nature Communications .
Группу возглавляла Катя Новак, доцент кафедры физики Колледжа искусств и наук и старший автор статьи.
Лаборатория Новака специализируется на использовании сканирующих зондов для получения магнитных изображений. Один из их популярных зондов — сверхпроводящее устройство квантовой интерференции, или SQUID, которое хорошо работает при низких температурах и в небольших магнитных полях.
Пока что подобные технологии недоступны общественности, но уже сейчас вы можете приобрести датчики веса или говоря простыми словами купить весовое оборудование, посмотреть цены и спецификации можно на сайте.
«Мы хотели расширить диапазон параметров, которые мы можем исследовать, используя этот другой тип датчика, который является датчиком на эффекте Холла», — сказал докторант Брайан Шефер, ведущий автор статьи. «Он может работать при любой температуре, и мы показали, что он может работать и в сильных магнитных полях. Датчики Холла и раньше использовались при сильных магнитных полях, но обычно они не могут обнаруживать небольшие изменения магнитного поля сверху. этого магнитного поля «.
Эффект Холла — хорошо известное явление в физике конденсированного состояния. Когда через образец протекает ток, он изгибается магнитным полем, создавая напряжение на обеих сторонах образца, пропорциональное магнитному полю.
Датчики на эффекте Холла используются в самых разных технологиях, от мобильных телефонов до робототехники и антиблокировочной системы тормозов. Обычно устройства изготавливаются из обычных полупроводников, таких как кремний и арсенид галлия.
Группа Новака решила попробовать более новый подход.
В последнее десятилетие наблюдается бум использования листов графена — отдельных слоев атомов углерода, расположенных в сотовой решетке. Но графеновые устройства часто отстают от устройств, сделанных из других полупроводников, когда графеновый лист помещается непосредственно на кремниевую подложку; лист графена «мнется» в наномасштабе, что ухудшает его электрические свойства.
Группа Новака применила недавно разработанный метод, чтобы раскрыть весь потенциал графена, — поместив его между листами гексагонального нитрида бора. Гексагональный нитрид бора имеет ту же кристаллическую структуру, что и графен, но является электрическим изолятором, который позволяет листу графена лежать ровно. Слои графита в многослойной структуре действуют как электростатические ворота, регулируя количество электронов, которые могут проводить электричество в графене.
Техника сэндвича была впервые предложена соавтором Лей Ван, бывшим докторантом-исследователем из Института Кавли в Корнелле по наноразмерным наукам. Ван также работал в лаборатории соавтора Пола МакИуэна, профессора физических наук Джона А. Ньюмана и сопредседателя Целевой группы по наноразмерной науке и микросистемной инженерии (NEXT Nano), которая является частью инициативы радикального сотрудничества ректора.
«Инкапсуляция гексагональным нитридом бора и графитом делает электронную систему сверхчистой, — сказал Новак. «Это позволяет нам работать при еще более низких концентрациях электронов, чем мы могли раньше, и это благоприятно для усиления сигнала эффекта Холла, который нас интересует».
Исследователи смогли создать датчик Холла микронного масштаба, который функционирует так же, как лучшие датчики Холла, зарегистрированные при комнатной температуре, превосходя любой другой датчик Холла при температурах всего 4,2 кельвина (или минус 452,11 градуса по Фаренгейту).
Графеновые сенсоры настолько точны, что могут улавливать крошечные колебания магнитного поля на фоне поля, которое на шесть порядков больше (или в миллион раз больше его размера). Обнаружение таких нюансов является сложной задачей даже для высококачественных датчиков, потому что в сильном магнитном поле характеристика напряжения становится нелинейной и, следовательно, более трудной для анализа.
Nowack планирует включить графеновый датчик Холла в сканирующий зондовый микроскоп для визуализации квантовых материалов и изучения физических явлений, таких как то, как магнитные поля разрушают нетрадиционную сверхпроводимость и способы протекания тока в особых классах материалов, таких как топологические металлы.
«Датчики магнитного поля и датчики Холла — важные части многих реальных приложений, — сказал Новак. «Эта работа делает ультрачистый графен действительно лучшим материалом для создания зондов Холла. Это было бы непрактично для некоторых приложений, потому что эти устройства сложно изготовить. Но есть разные способы выращивания материалов и автоматизация сборка сэндвича, который исследуют люди. Получив сэндвич с графеном, вы можете положить его куда угодно и интегрировать с существующей технологией ».
Среди соавторов — докторант Александр Джарджур и исследователи из Национального института материаловедения в Цукубе, Япония.
Исследование было поддержано Национальным научным фондом и Корнельским центром исследования материалов, Научно-техническим центром NSF. Исследователи использовали научно-технический центр Cornell NanoScale и чистую комнату Columbia Nano Initiative.
Короткий URL: https://nexusrus.com/?p=129528
Добавил: