Изобретение, разработанное доцентом Ян Хёнсу с кафедры электротехники и вычислительной техники инженерного факультета NUS, было опубликовано в журнале Nature Communications в сентябре 2015 года.Востребованы высокопроизводительные магнитные датчикиКогда к определенным материалам применяется внешнее магнитное поле, изменение электрического сопротивления, также известного как магнитосопротивление, происходит по мере отклонения электронов.
Открытие магнитосопротивления проложило путь для датчиков магнитного поля, используемых в жестких дисках и других устройствах, революционизировав способ хранения и чтения данных.В поисках идеального датчика магнитосопротивления исследователи оценили такие свойства, как высокая чувствительность к низким и сильным магнитным полям, возможность настройки и очень небольшие изменения сопротивления из-за температуры.
Новый гибридный датчик, разработанный командой под руководством профессора Янга, который также работает в Институте нанонауки и нанотехнологий NUS (NUSNNI) и в Центре передовых 2D-материалов (CA2DM) на факультете естественных наук NUS, может, наконец, удовлетворить эти требования. Другие члены междисциплинарной исследовательской группы включают доктора Калона Гопинадхана из NUSNNI и CA2DM; Профессор Тирумалай Венкатесан, директор NUSNNI; Профессор Андре К. Гейм из Манчестерского университета; и профессор Антонио Х. Кастро Нето из физического факультета NUS и директор CA2DM.Чувствительность более чем в 200 раз выше, чем у имеющихся в продаже датчиков
Новый датчик, сделанный из графена и нитрида бора, состоит из нескольких слоев каналов перемещения носителей, каждый из которых может управляться магнитным полем. Исследователи охарактеризовали новый датчик, протестировав его при различных температурах, углах магнитного поля и с другим сопряженным материалом.Доктор Калон сказал: «Мы начали с попытки понять, как графен реагирует на магнитное поле.
Мы обнаружили, что двухслойная структура графена и нитрида бора демонстрирует чрезвычайно большой отклик с магнитными полями. Эта комбинация может использоваться для приложений измерения магнитного поля. "По сравнению с другими существующими датчиками, которые обычно изготавливаются из кремния и антимонида индия, гибридный датчик группы показал гораздо более высокую чувствительность к магнитным полям. В частности, при измерении при 127 градусах Цельсия (максимальная температура, при которой работает большинство электронных продуктов), исследователи наблюдали увеличение чувствительности более чем в восемь раз по сравнению с ранее сообщенными лабораторными результатами и более чем в 200 раз по сравнению с большинством коммерчески доступных датчики.
Еще одним прорывом в этом исследовании стало открытие того, что подвижность многослойного графена можно частично регулировать путем настройки напряжения на датчике, что позволяет оптимизировать характеристики датчика. Такой контроль дает материалу преимущество перед имеющимися в продаже датчиками. Кроме того, датчик показал очень небольшую температурную зависимость в диапазоне от комнатной температуры до 127 градусов Цельсия, что делает его идеальным датчиком, подходящим для сред с более высокой температурой.Удовлетворение спроса отрасли
Индустрия датчиков магнитосопротивления, оцениваемая в 2014 году в 1,8 миллиарда долларов, к 2020 году вырастет до 2,9 миллиарда долларов. необходимость в дорогих пластинах или схемах температурной коррекции. Стоимость производства графена также намного ниже, чем у кремния и антимонида индия.Возможные применения нового датчика включают автомобильную промышленность, где автомобильные датчики, расположенные в таких устройствах, как расходомеры, датчики положения и блокировки, в настоящее время изготавливаются из кремния или антимонида индия.
Например, когда происходит изменение температуры из-за кондиционера в автомобиле или тепла от солнца, свойства обычных датчиков в автомобиле также меняются. Чтобы противостоять этому, требуется механизм температурной коррекции, влекущий за собой дополнительные производственные затраты.
Однако с новым гибридным датчиком, разработанным командой, можно исключить необходимость в дорогостоящих пластинах для изготовления датчиков и дополнительных схемах температурной коррекции.«Наш датчик идеально подходит для того, чтобы создать серьезную проблему на рынке магнитосопротивления, заполняя пробелы в производительности существующих датчиков и находя применение в качестве термовыключателей, жестких дисков и датчиков магнитного поля. Наша технология может быть применена даже в гибких приложениях», — добавил Доцент Ян.
Исследовательская группа оформила патент на изобретение. После этого экспериментального исследования исследователи планируют расширить свои исследования и производить пластины промышленного размера для промышленного использования.