用于超灵敏磁场传感器的梯形石墨烯

新加坡国立大学的物理学家开发了一种灵敏的二维 (2-D) 磁场传感器，它可以潜在地改进对用于数据存储应用的纳米级磁畴的检测。磁阻 (MR) 是材料在外部磁场影响下的电阻变化，已广泛应用于磁传感器、磁存储器和硬盘驱动器。然而，在使用巨磁阻 (GMR) 或隧道磁阻 (TMR) 自旋阀的传统三维 (3-D) 材料磁传感器中，磁场的可检测信号随其传感层的厚度呈指数衰减. 这限制了传感器的空间分辨率和灵敏度。因此，基于二维的传感器可以潜在地改进微小磁场的检测，因为衰减仅限于一个原子层厚度。

石墨烯是一种原子厚度的薄材料，具有高迁移率和高载流能力。新加坡国立大学物理系 Ariando 教授领导的研究团队通过在人造梯田基板上添加石墨烯层，开发出一种二维磁传感器，其电阻可在室温下将其原始值增加 50 倍温度。在相同条件下，这比先前单层石墨烯器件报道的高十倍。

纳米级磁畴的检测是一项基本挑战。随着磁畴变小(纳米级)，传感器的尺寸需要相应地减小以保持高空间分辨率和信噪比。然而，对于传统的基于 3-D 材料的传感器，尺寸的减小将导致热磁噪声和自旋扭矩不稳定。该团队最近的发现为开发可在室温下工作以检测纳米级磁畴的二维磁场传感器铺平了道路。这可以提高扫描探针磁力测定、生物传感和磁存储应用的性能。

胡俊雄先生，博士 研究团队的一名学生说：“二维磁传感器的核心部分是通过在原子梯级基板上堆叠石墨烯而形成的梯状石墨烯。这个过程类似于将地毯放在楼梯上。”

由于其灵活性，石墨烯也将复制阶梯形态。在此过程中，梯形石墨烯中将产生形貌波纹和电荷水坑。在存在磁场的情况下，阶梯状石墨烯中的电流不会沿直线传播，而是被水坑边界处的不连续性强烈扭曲，导致其电阻发生显着变化。

Ariando 教授说：“这项技术有潜力开发用于检测纳米级磁畴的下一代高灵敏度传感器。用于传感器的单层石墨烯薄膜可以通过批量生产来制造，以实现可扩展性。”

该研究团队已为该发明申请了专利。在这项概念验证研究之后，研究人员计划进一步优化梯田几何形状，并将其应用于大规模生产技术。然后，这将扩大他们的实验成果，从而制造出用于商业用途的工业级晶圆。

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