Transistorer lavet af grafen nanobånd laver effektive magnetfeltsensorer

Grafen - et enkelt lag af kulstofatomer pakket i et sekskantet gitter - har en række tiltalende egenskaber på grund af dets todimensionelle geometri. Det har, for én ting, god elektrisk ledningsevne, der er af interesse for højhastigheds elektroniske applikationer. Seng Ghee Tan ved A*STAR Data Storage Institute og kolleger ved National University of Singapore har nu vist, at grafen har yderligere applikationer til magnetisk datalagring. De har udviklet en metode til at måle magnetiske felter ved at detektere ændringer i den elektriske modstand af grafen. "Resultaterne kan åbne nye veje i udviklingen af ​​miniaturiserede magnetfeltsensorer, ” siger Tan.

Elektroner bevæger sig inde i grafen næsten uden nogen hindring fra atomerne i den todimensionelle kulstofplade. Denne gode transportegenskab er af interesse for udviklingen af ​​magnetfeltsensorer, fordi ændringen i ladningstransport i nærvær af et magnetfelt kan føre til en målbar ændring i elektrisk modstand. Desværre, i tidligere enheder har termiske excitationer af elektronerne ved stuetemperatur domineret over denne magnetresistenseffekt og har indtil videre hindret brugen af ​​grafen til dette formål.

For at løse dette problem, Tan og kolleger brugte en transistorenhed lavet af grafen nanobånd (se billede). I modsætning til konventionelle grafenplader, den geometriske begrænsning af nanobåndene fører til et hul i de elektroniske tilstande (båndgap) af båndene, hvilket gør dem halvledende svarende til silicium.

Nanoribbon-transistoren modificerer båndgabet på en måde, der forhindrer strømmen af ​​elektriske ladninger gennem enheden (høj modstand). Et magnetfelt, imidlertid, får nanobåndets båndgab til at lukke, så elektriske ladninger nu kan bevæge sig frit hen over enheden (lav modstand). Samlet set, forskerne var i stand til at ændre den elektriske modstand med mere end en faktor tusind ved at variere magnetfeltet fra nul til fem teslaer. Ud over, det elektroniske båndgab i slukket tilstand var tilstrækkeligt stort, så termiske excitationer af elektronerne var minimale.

"Vi kunne undertrykke støjen betydeligt på grund af enhedens energibarriere, ” siger Tan. "Som et resultat, vi har en bedre chance for at levere et signal med høj magnetomodstand selv ved stuetemperatur."

Til kommercielle applikationer, imidlertid, yderligere forskning kan være påkrævet, da fremstillingen af ​​enhederne fortsat er udfordrende. Bredden af ​​grafen nanobåndene er kun 5 nanometer, hvilket er mindre end egenskabsstørrelsen af ​​nuværende kommercielle transistorstrukturer. Alligevel, den imponerende enhedsydelse, der opnås i laboratoriet, viser tydeligt grafens potentiale også til magnetiske applikationer.