新加坡国立大学开发用于数据存储应用的二维磁场传感器

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，可以潜在地改善对纳米级磁畴的检测，以用于数据存储应用。

磁阻(MR)是由于外部磁场的影响而引起的材料电阻变化，已广泛用于磁传感器，磁存储器和硬盘驱动器中。但是，在使用巨型MR(GMR)或隧道MR(TMR)自旋阀的传统基于三维(3-D)材料的磁传感器中，磁场的可检测信号随其感应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善对微小磁场的检测，因为衰减仅限于一个原子层厚度。

石墨烯是一种原子厚的薄材料，具有高迁移率和高载流能力。由物理系的Ariando教授领导的研究团队在人工阶梯状衬底的顶部添加石墨烯层，从而开发出一种二维磁传感器，该传感器的电阻可以使其室温下的原始值增加50倍。温度。这是在相同条件下比以前的单层石墨烯器件报道的结果高十倍的结果。

纳米级磁畴的检测是一项基本挑战。随着磁畴变小(纳米级)，需要相应地减小传感器的尺寸，以保持高空间分辨率和信噪比。但是，对于传统的基于3D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。该团队的最新发现为开发可在室温下运行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法，生物传感和磁存储应用程序的性能。

胡俊雄先生，博士 该研究小组的学生说：“二维磁传感器的核心部分是通过将石墨烯堆叠在原子阶梯状衬底上而形成的阶梯状石墨烯。此过程类似于在楼梯上铺地毯。”

由于其灵活性，石墨烯还将复制阶梯形态。在此过程中，在梯形石墨烯中会引起地形起皱和电荷坑。在存在磁场的情况下，梯形石墨烯中的电流不会沿直线传播，而是会由于水坑边界处的不连续性而严重扭曲，从而导致其电阻发生显着变化。

阿里安多教授说：“这项技术具有开发下一代用于检测纳米级磁畴的高灵敏度传感器的潜力。用于传感器的单层石墨烯膜可以批量生产以提高可扩展性。”

研究团队已为该发明申请了专利。在进行了概念验证研究之后，研究人员计划进一步优化梯形几何形状，并使其适合大规模生产技术。然后，这将扩大他们的实验结果，从而制造出用于商业用途的工业尺寸晶圆。