Los físicos de la Universidad Nacional de Singapur han desarrollado un sensor de campo magnético bidimensional (2-D) sensible, que potencialmente puede mejorar la detección de dominios magnéticos a nanoescala para aplicaciones de almacenamiento de datos.

Magnetorresistencia (MR), el cambio en la resistencia eléctrica de un material debido a la influencia de un campo magnético externo, ha sido ampliamente utilizado en sensores magnéticos, memorias magnéticas y unidades de disco duro. Sin embargo, en sensores magnéticos tradicionales tridimensionales (3-D) basados ​​en materiales que utilizan válvulas giratorias gigantes MR (GMR) o MR de túnel (TMR), la señal detectable del campo magnético decae exponencialmente con el grosor de su capa sensora. Esto limita la resolución espacial y la sensibilidad de los sensores. Por lo tanto, un sensor basado en 2-D puede mejorar potencialmente la detección de campos magnéticos minúsculos, ya que la desintegración se limita a un solo espesor de capa atómica.

El grafeno es un material delgado de un átomo de espesor con alta movilidad y alta capacidad de transporte de corriente. Al agregar una capa de grafeno sobre un sustrato artificial en terrazas, el equipo de investigación dirigido por el profesor Ariando del Departamento de Física, NUS ha desarrollado un sensor magnético 2-D con una resistencia eléctrica que puede aumentar su valor original 50 veces a temperatura ambiente. Esto es diez veces más alto que el informado en dispositivos de grafeno de una sola capa anteriores en las mismas condiciones.

La detección de dominios magnéticos a nanoescala es un desafío fundamental. A medida que los dominios magnéticos se vuelven más pequeños (nanoescala), las dimensiones del sensor deben reducirse en consecuencia para mantener la alta resolución espacial y la relación señal / ruido. Sin embargo, para sensores tradicionales 3-D basados ​​en materiales, la reducción de tamaño dará lugar a ruido magnético térmico e inestabilidad del par de giro. El reciente descubrimiento del equipo allana el camino para el desarrollo de sensores de campo magnético 2-D que pueden operar a temperatura ambiente para la detección de dominios magnéticos a nanoescala. Esto puede mejorar el rendimiento de la magnetometría de la sonda de exploración, biosensor, y aplicaciones de almacenamiento magnético.

Sr. Junxiong Hu, un doctorado estudiante en el equipo de investigación, dijo, "La parte central del sensor magnético 2-D es el grafeno en terrazas formado al apilar grafeno en un sustrato en terrazas atómicas. El proceso es similar a colocar una alfombra en una escalera".

Debido a su flexibilidad, el grafeno también replicará la morfología de la escalera. Durante este proceso, Se inducirán ondulaciones topográficas y charcos de carga en el grafeno escalonado. En presencia de un campo magnético, la corriente en el grafeno en terrazas no viajará en línea recta, pero está fuertemente distorsionada por las discontinuidades en el límite de los charcos, provocando un cambio significativo de su resistencia.

El profesor Ariando dijo:"Esta tecnología tiene el potencial de desarrollar la próxima generación de sensores altamente sensibles para la detección de dominios magnéticos a nanoescala. Las películas de grafeno de una sola capa utilizadas para el sensor se pueden fabricar mediante producción por lotes para aumentar la escalabilidad".

El equipo de investigación ha presentado una patente para la invención. Siguiendo este estudio de prueba de concepto, los investigadores planean optimizar aún más la geometría de las terrazas y adaptarla para técnicas de producción a gran escala. Esto luego ampliará sus resultados experimentales que conducirán a la fabricación de obleas del tamaño de la industria para uso comercial.