新加坡國立大學開發(fā)用于數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用的二維磁場傳感器

新加坡國立大學的物理學家開發(fā)了一種靈敏的二維(2-D)磁場傳感器，可以潛在地改善對納米級磁疇的檢測，以用于數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用。

磁阻(MR)是由于外部磁場的影響而引起的材料電阻變化，已廣泛用于磁傳感器，磁存儲器和硬盤驅(qū)動器中。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，磁場的可檢測信號隨其感應(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，基于二維的傳感器可以潛在地改善對微小磁場的檢測，因為衰減僅限于一個原子層厚度。

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)導的研究團隊在人工階梯狀襯底的頂部添加石墨烯層，從而開發(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道的結(jié)果高十倍的結(jié)果。

納米級磁疇的檢測是一項基本挑戰(zhàn)。隨著磁疇變小(納米級)，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，對于傳統(tǒng)的基于3D材料的傳感器，尺寸的減小將導致熱磁噪聲和自旋扭矩不穩(wěn)定。該團隊的最新發(fā)現(xiàn)為開發(fā)可在室溫下運行以檢測納米級磁疇的二維磁場傳感器鋪平了道路。這可以提高掃描探針磁力測定法，生物傳感和磁存儲應(yīng)用程序的性能。

胡俊雄先生，博士 該研究小組的學生說：“二維磁傳感器的核心部分是通過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。此過程類似于在樓梯上鋪地毯?！?/p>

由于其靈活性，石墨烯還將復制階梯形態(tài)。在此過程中，在梯形石墨烯中會引起地形起皺和電荷坑。在存在磁場的情況下，梯形石墨烯中的電流不會沿直線傳播，而是會由于水坑邊界處的不連續(xù)性而嚴重扭曲，從而導致其電阻發(fā)生顯著變化。

阿里安多教授說：“這項技術(shù)具有開發(fā)下一代用于檢測納米級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)以提高可擴展性?！?/p>

研究團隊已為該發(fā)明申請了專利。在進行了概念驗證研究之后，研究人員計劃進一步優(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，這將擴大他們的實驗結(jié)果，從而制造出用于商業(yè)用途的工業(yè)尺寸晶圓。