Påvisning af brint ved hjælp af den ekstraordinære hall-effekt i tynde kobolt-palladium-film

Forskere, der søger brint som en næste generations ren energikilde, udvikler brintfølende teknologier, der er i stand til at opdage lækager i brintdrevne køretøjer og tankstationer, før gassen bliver til en eksplosion. Den mest almindelige type hydrogensensorer består af palladiumbaserede tynde film, fordi palladium (Pd), et sølvhvidt metal, der ligner platin, absorberer let hydrogengas. Imidlertid, Pd absorberer også let andre gasser, reducere den samlede effektivitet af disse sensorer.

Alexander Gerbers forskerhold ved Tel Aviv University gennemførte for nylig en systematisk undersøgelse af hydrogendetektering ved hjælp af Extraordinary Hall Effect (EHE) til at måle brintmagnetiseringsresponsen i tynde film af cobalt-palladium (CoPd). Teamet rapporterer resultaterne i Journal of Applied Physics .

"Vi fandt ud af, at påvisning af brint ved EHE virkelig virker med meget høj følsomhed, sagde Alexander Gerber, en forfatter på papiret. "Et mål ville være at udvikle en kompakt EHE-enhed, der er kompatibel med en standard fire-sonde-resistensmålemetode til forbedring af gasdetektering gennem en magnetisk sensortype ved hjælp af spintronics-effekten."

Det spirende felt inden for spintronics udnytter elektronens spin og dets resulterende magnetiske egenskaber. I det væsentlige, EHE er et spin-afhængigt fænomen, der genererer spænding, der er proportional med magnetisering over en strømførende magnetisk film.

Ellers kendt som den unormale Hall -effekt, EHE forekommer i ferromagnetiske materialer og kan være meget større end den almindelige Hall -effekt. Selvom palladium har en høj brintabsorberingskapacitet, det er ikke ferromagnetisk i sig selv. Så, forskerne tilføjede kobolt, et ferromagnetisk materiale, hvis magnetiske egenskaber påvirkes af hydrogenabsorptionen i CoPd -legeringer for at fremkalde EHE.

Forskerne udarbejdede fire sæt prøver med en tykkelse på 7, 14, 70 og 100 nanometer med varierende koboltkoncentrationer og testet dem i en atmosfære med forskellige niveauer af brint op til 4 procent. De fandt ud af, at de tyndeste film viste den største absolutte reaktion på brint:Signalet ændres med mere end 500 procent pr. 1 procent brint.

"Rent praktisk, vi identificerede det følsomme udvalg af kompositioner, hvordan reaktionen på brint afhænger af sammensætning, og hvad mulighederne er for at betjene sensoren, "Sagde Gerber.

Gerbers forskerhold er nu i gang med at registrere svartider og undersøge evnen til at frigive brint efter eksponering, så sensorer kan genbruges. Forskerne planlægger også at undersøge måder at forbedre selektiviteten af ​​brint og tilpasse deres teknik til selektiv påvisning af andre gasser.