A capacidade de sentir a magnitude e a polaridade de um campo elétrico é de grande interesse científico. As aplicações incluem previsão antecipada de raios e detecção de aeronaves supersônicas. Atualmente, moinhos de campo são sensores de campo elétrico amplamente utilizados. Embora possam detectar campos elétricos de polaridade e campo de magnitude tão baixa quanto 1 V/m, o tamanho grande (> 1 m) dificulta seu amplo uso para aplicações da vida real. Além disso, o motor dentro do moinho de campo, que permite a detecção do campo elétrico, é propenso a falhas. Alguns esforços foram feitos para miniaturizar o sensor de campo elétrico através da introdução de sensores baseados em MEMS. Embora sejam pequenos e não envolvam partes móveis, o complexo processo de fabricação torna esses sensores menos econômicos.
Pesquisadores do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão (JAIST) e da Otowa Electric Co., Ltd., fabricante líder de equipamentos de proteção contra raios, começaram a procurar uma alternativa melhor. Sua investigação levou ao grafeno, um material bidimensional de espessura de um átomo. "É bem conhecido que a densidade de portadores no grafeno é altamente sensível a perturbações externas. Tal mudança na densidade de portadores é refletida na corrente de dreno. Embora tenha havido alguma tentativa e proposta de usar o grafeno como um sensor de campo elétrico, nenhuma das anteriores trabalhos estabeleceram o mecanismo subjacente de detecção de campo elétrico no grafeno. Percebemos que é vital estabelecer o mecanismo primeiro para fazer qualquer melhoria no sensor, que se tornou nosso objetivo principal", diz o professor sênior Manoharan Muruganathan.

Por meio de uma série de experimentos, a equipe finalmente estabeleceu o mecanismo de detecção de campo elétrico no grafeno. Eles descobriram que a transferência de cargas entre o grafeno e as armadilhas no SiO₂ A interface /grafeno sob a aplicação de um campo elétrico é um fenômeno crucial no mecanismo de detecção. Tal transferência de cargas e a mudança resultante na densidade da portadora são refletidas à medida que a corrente de dreno muda. A direção da transferência de carga depende da polaridade do campo elétrico. Os elétrons são transferidos das armadilhas para o grafeno sob um campo elétrico positivo, enquanto são transferidos do grafeno para as armadilhas sob um campo elétrico negativo. Assim, a mudança na corrente de dreno sob um campo elétrico é oposta para campos elétricos positivos e negativos, tornando mais fácil detectar a polaridade do campo. Além disso, o número de portadores de carga transferidos entre o grafeno e as armadilhas depende da magnitude do campo elétrico. Quanto maior o campo elétrico, maiores os elétrons se moveram entre o grafeno e as armadilhas. A diferença na quantidade de carga transferida também se reflete na corrente de dreno. Assim, a variação da corrente de dreno sob a aplicação de um campo elétrico pode ser equiparada à magnitude do campo elétrico. + Explorar mais

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