圖顯示（左）梯狀單層石墨烯形成的概念。這類似于亞洲廣泛用于農(nóng)業(yè)的梯田。（右）鈦酸鍶（STO，左上）和裸 STO 基板（右下）上石墨烯梯狀形態(tài)的原子力顯微鏡圖像。學(xué)分：先進(jìn)材料

新加坡國(guó)立大學(xué)的物理學(xué)家開發(fā)了一種靈敏的二維 (2-D) 磁場(chǎng)傳感器，它可以潛在地改進(jìn)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用的納米級(jí)磁疇的檢測(cè)。

磁阻 (MR) 是由于外部磁場(chǎng)的影響而引起的材料電阻變化，已廣泛用于磁傳感器、磁存儲(chǔ)器和硬盤驅(qū)動(dòng)器。然而，在使用巨型 MR (GMR) 或隧道 MR (TMR) 自旋閥的傳統(tǒng)基于三維 (3-D) 材料的磁傳感器中，磁場(chǎng)的可檢測(cè)信號(hào)隨其傳感層的厚度呈指數(shù)衰減. 這限制了傳感器的空間分辨率和靈敏度。因此，基于二維的傳感器可以潛在地改進(jìn)微小磁場(chǎng)的檢測(cè)，因?yàn)樗�減限于一個(gè)原子層厚度。

石墨烯是一種原子厚的薄材料，具有高遷移率和高載流能力。新加坡國(guó)立大學(xué)物理系的 Ariando 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過(guò)在人造梯形基板上添加石墨烯層，開發(fā)出一種二維磁傳感器，其電阻可以在室溫下將其原始值提高 50 倍溫度。這比之前在相同條件下的單層石墨烯器件上報(bào)道的高十倍。

納米級(jí)磁疇的檢測(cè)是一項(xiàng)基本挑戰(zhàn)。隨著磁疇變小（納米級(jí)），傳感器的尺寸需要相應(yīng)減小以保持高空間分辨率和信噪比。然而，對(duì)于傳統(tǒng)的基于 3-D 材料的傳感器，尺寸的減小會(huì)導(dǎo)致熱磁噪聲和自旋扭矩不穩(wěn)定。該團(tuán)隊(duì)最近的發(fā)現(xiàn)為開發(fā)可在室溫下工作以檢測(cè)納米級(jí)磁疇的二維磁場(chǎng)傳感器鋪平了道路。這可以提高掃描探針磁力計(jì)、生物傳感和磁存儲(chǔ)應(yīng)用的性能。

胡軍雄先生，博士 研究小組的一名學(xué)生說(shuō)：“二維磁傳感器的核心部分是通過(guò)將石墨烯堆疊在原子階梯狀基板上形成的階梯狀石墨烯。這個(gè)過(guò)程類似于在樓梯上放置地毯�！�

由于其靈活性，石墨烯還將復(fù)制樓梯形態(tài)。在此過(guò)程中，將在梯狀石墨烯中誘發(fā)地形波紋和電荷水坑。在存在磁場(chǎng)的情況下，階梯狀石墨烯中的電流不會(huì)沿直線傳播，而是會(huì)被水坑邊界處的不連續(xù)性強(qiáng)烈扭曲，從而導(dǎo)致其電阻發(fā)生顯著變化。

Ariando 教授說(shuō)：“這項(xiàng)技術(shù)有可能開發(fā)用于檢測(cè)納米級(jí)磁疇的下一代高靈敏度傳感器。用于傳感器的單層石墨烯薄膜可以通過(guò)批量生產(chǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性�！�

該研究團(tuán)隊(duì)已為該發(fā)明申請(qǐng)了專利。在這項(xiàng)概念驗(yàn)證研究之后，研究人員計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化梯田幾何形狀并使其適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)。然后，這將擴(kuò)大他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而制造出工業(yè)規(guī)模的晶圓用于商業(yè)用途。