圖顯示（左）梯形單層石墨烯形成的概念。這類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。

新加坡國立大學(xué)的物理學(xué)家已經(jīng)開發(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�減僅限于一個(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�。�納米級(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：“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�！�

由于其靈活性，石墨烯還將復(fù)制階梯形態(tài)。在此過程中，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：“這項(xiàng)技術(shù)具有開發(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。