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光譜公司:石墨烯磁傳感器比矽靈敏百倍

圖片:石墨烯峰會

歐委會耗資十億的“石墨烯旗艦”研究項目,啟動兩年後,在英國曼徹斯特舉行了石墨烯峰會。此次會議定名為2015石墨烯周。

會議發表了許多關于石墨烯的新聞,其中有一條讓所有人都有些震驚。來自德國的博世和馬克斯-普朗克固體研究所的研究者們,開發出了一種據說比現有傳感器靈敏百倍的磁傳感器。

這次報道涵蓋了石墨烯在生物傳感器,化學傳感器和壓力傳感器中的應用研究。但有關磁傳感器方面的應用卻很少見。然而我們看到,從兩年前項目啟動開始,一直以來大量研究都緻力于如何磁化石墨烯。它的成果引導了近年來美國磁化石墨烯的進步。美國海軍研究所已經開發出容量比現有高百萬倍的硬件驅動器。

但博世的目标卻不是改良硬件驅動,而是着眼于石墨烯這樣的二維材料在汽車行業中所使用的磁傳感器上的應用。

研究者首先意識到的是,石墨烯自上而下的生産方法——如化學氣相沉積(CVD)或剝離石墨,通常稱為“透明膠帶”的方法——不能滿足他們的需求。對于博世這種公司,他們所研究的項目,已經放眼到未來五到十年的生産了。而現有這些技術并不能滿足他們的擴張。

研究人員采用六方氮化硼作為基底材料。這種半導體的能帶間隙足夠寬,基本上可以作為絕緣體使用。研究人員說,選擇這種材料是出于成本及性能的考慮。

石墨烯傳感器基于霍爾效應:磁場作用于導體産生洛侖茲力,使載流子定向流動,産生可測的電勢差。霍爾傳感器的關鍵性能參數是靈敏度。它的高低由載流子的數目和功耗決定,而這兩者又取決于電荷的載流子遷移率。石墨烯最具吸引力的特性之一就是其極高的載流子遷移率。

研究人員聲稱,在最壞的情況下,石墨烯傳感器性能接近矽傳感器。但在最好的情況下,石墨烯傳感器的電流源可比矽傳感器要低得多,而石墨烯傳感器靈敏度則比矽傳感器要大兩個數量級。

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