La capacidad de detectar la magnitud y la polaridad de un campo eléctrico es de gran interés científico. Las aplicaciones incluyen la predicción temprana de rayos y la detección de aeronaves supersónicas. Actualmente, los molinos de campo son sensores de campo eléctrico ampliamente utilizados. Si bien pueden detectar campos eléctricos de cualquier polaridad y campo de una magnitud tan baja como 1 V/m, el gran tamaño (>1 m) dificulta su amplio uso para aplicaciones de la vida real. Además, el motor dentro del molino de campo, que permite la detección del campo eléctrico, es propenso a fallar. Se han realizado algunos esfuerzos para miniaturizar el sensor de campo eléctrico mediante la introducción de sensores basados ​​en MEMS. Si bien son pequeños y no involucran piezas móviles, el complejo proceso de fabricación hace que estos sensores sean menos rentables.

Los investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) y Otowa Electric Co., Ltd., un fabricante líder de equipos de protección contra rayos, comenzaron a buscar una mejor alternativa. Su investigación condujo al grafeno, un material bidimensional de un átomo de espesor. "Es bien sabido que la densidad del portador en el grafeno es muy sensible a las perturbaciones externas. Dicho cambio en la densidad del portador se refleja en la corriente de drenaje. Aunque hubo algún intento y propuesta de utilizar el grafeno como sensor de campo eléctrico, ninguno de los anteriores Los trabajos establecieron el mecanismo subyacente de la detección del campo eléctrico en el grafeno. Nos dimos cuenta de que es vital establecer primero el mecanismo para realizar cualquier mejora en el sensor, lo que se convirtió en nuestro objetivo principal", dice el profesor titular Manoharan Muruganathan.

A través de una serie de experimentos, el equipo finalmente estableció el mecanismo de detección de campo eléctrico en el grafeno. Descubrieron que la transferencia de cargas entre el grafeno y las trampas en el SiO₂ La interfaz /grafeno bajo la aplicación de un campo eléctrico es un fenómeno crucial en el mecanismo de detección. Tal transferencia de cargas y el cambio resultante en la densidad de portadores se reflejan como el cambio de corriente de drenaje. La dirección de la transferencia de carga depende de la polaridad del campo eléctrico. Los electrones se transfieren de las trampas al grafeno bajo un campo eléctrico positivo, mientras que se transfieren del grafeno a las trampas bajo un campo eléctrico negativo. Por lo tanto, el cambio en la corriente de drenaje bajo un campo eléctrico es opuesto para campos eléctricos positivos y negativos, lo que facilita la detección de la polaridad del campo. Además, el número de portadores de carga transferidos entre el grafeno y las trampas depende de la magnitud del campo eléctrico. Cuanto mayor sea el campo eléctrico, mayor será el movimiento de electrones entre el grafeno y las trampas. La diferencia en la cantidad de carga transferida también se refleja en la corriente de drenaje. Por tanto, la variación de la corriente de drenaje bajo la aplicación de un campo eléctrico puede equipararse a la magnitud del campo eléctrico. + Explora más

La memoria de unión de grafeno-adsorbato de van der Waals inspira sensores de grafeno 'inteligentes'