Os físicos da National University of Singapore desenvolveram um sensor de campo magnético bidimensional (2-D) sensível, o que pode melhorar potencialmente a detecção de domínios magnéticos em nanoescala para aplicações de armazenamento de dados.

Magnetoresistência (MR), a mudança na resistência elétrica de um material devido à influência de um campo magnético externo, tem sido amplamente utilizado em sensores magnéticos, memórias magnéticas e unidades de disco rígido. Contudo, em sensores magnéticos tridimensionais (3-D) tradicionais baseados em material que usam válvulas giratórias MR gigantes (GMR) ou MR (TMR) de tunelamento, o sinal detectável do campo magnético decai exponencialmente com a espessura de sua camada de detecção. Isso limita a resolução espacial e a sensibilidade dos sensores. Portanto, um sensor baseado em 2-D pode melhorar potencialmente a detecção de campos magnéticos minúsculos, como a decadência é limitada a apenas uma espessura da camada atômica.

O grafeno é um material fino de átomo de espessura com alta mobilidade e alta capacidade de transporte de corrente. Ao adicionar uma camada de grafeno no topo de um substrato com terraço artificial, a equipe de pesquisa liderada pelo Prof Ariando do Departamento de Física, A NUS desenvolveu um sensor magnético 2-D com uma resistência elétrica que pode aumentar seu valor original 50 vezes em temperatura ambiente. Isso é dez vezes maior do que o relatado em dispositivos anteriores de grafeno de camada única nas mesmas condições.

A detecção de domínios magnéticos em nanoescala é um desafio fundamental. À medida que os domínios magnéticos se tornam menores (nanoescala), as dimensões do sensor precisam ser reduzidas de acordo para manter a alta resolução espacial e a relação sinal-ruído. Contudo, para sensores 3-D tradicionais baseados em materiais, a redução no tamanho levará a ruído magnético térmico e instabilidade do torque de rotação. A recente descoberta da equipe abre caminho para o desenvolvimento de sensores de campo magnético 2-D que podem operar em temperatura ambiente para a detecção de domínios magnéticos em nanoescala. Isso pode melhorar o desempenho da varredura da magnetometria da sonda, biossensor, e aplicações de armazenamento magnético.

Sr. Junxiong Hu, um Ph.D. aluno da equipe de pesquisa, disse, "A parte central do sensor magnético 2-D é o grafeno em terraços formado pelo empilhamento de grafeno em um substrato em terraços atomicamente. O processo é semelhante a colocar um tapete em uma escada."

Devido à sua flexibilidade, o grafeno também replicará a morfologia da escada. Durante este processo, ondulações topográficas e poças de carga serão induzidas no grafeno em socalcos. Na presença de um campo magnético, a corrente no grafeno em socalcos não viajará em linha reta, mas é fortemente distorcida pelas descontinuidades no limite das poças, causando uma mudança significativa em sua resistência.

O professor Ariando disse, "Esta tecnologia tem potencial para desenvolver a próxima geração de sensores altamente sensíveis para a detecção de domínios magnéticos em nanoescala. Os filmes de grafeno de camada única usados ​​para o sensor podem ser fabricados por produção em lote para escalabilidade."

A equipe de pesquisa registrou uma patente para a invenção. Seguindo este estudo de prova de conceito, os pesquisadores planejam otimizar ainda mais a geometria do terraço e adaptá-la para técnicas de produção em larga escala. Isso então aumentará seus resultados experimentais, levando à fabricação de wafers do tamanho da indústria para uso comercial.