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研究者は、グラフェンマイクロセンサーの電界検出メカニズムを明らかにします

図1:(a)正および(b)負の電界に対するグラフェンセンサーの電界検出メカニズムを示す概略図。 正の電場の場合、電子はSiO2層のグラフェンチャネルに引き付けられます。 対照的に、電子はグラフェンチャネルから負電界のSiO2層のトラップに移動します。 クレジット:北陸先端科学技術大学院大学

電場の大きさと極性を感知する能力は、科学的に非常に興味深いものです。 アプリケーションには、雷の早期予測と超音速航空機の検出が含まれます。 現在、電界センサーはフィールドミルで広く使用されています。 それらは1V / mの低い極電界と体積電界を検出できますが、大きなサイズ(> 1 m)は、実際のアプリケーションでの広範な使用を妨げます。 また、電界検出が可能なフィールドミル内のモーターは故障しやすいです。 電界センサーを小型化するために、MEMSベースのセンサーを導入するためにいくつかの努力が払われてきました。 それらは小さく、可動部品は含まれていませんが、複雑な製造プロセスにより、これらのセンサーの費用効果は低くなります。


北陸先端科学技術大学院大学(JAIST)および音羽電機工業株式会社の研究者。 、雷保護装置の大手メーカーは、より良い代替品を探しています。 彼らの研究により、1原子の厚さの2次元材料であるグラフェンが生まれました。 「グラフェンのキャリア密度は外乱に非常に敏感であることはよく知られています。このキャリア密度の変化はドレイン電流に反映されます。グラフェンを電界センサーとして使用する試みや提案がいくつかありますが、いずれもこれまでの研究により、グラフェンの電界検知の基本的なメカニズムが確立されました。センサーの最適化には、まずメカニズムを確立する必要があることがわかりました。これが私たちの主な目標でした」と、マノハラ・ムルガナサン上級講師は述べています。

一連の実験を通じて、チームはついにグラフェンの電界検知メカニズムを確立しました。 彼らは、グラフェンとSiO内のトラップとの間の電荷移動を発見しました2電場の印加下でのグラフェンの界面は、検知メカニズムにおける重要な現象です。 電荷移動とそれに伴うキャリア密度の変化は、ドレイン電流の変化として反映されます。 電荷移動の方向は、電界の極性によって異なります。 電子は正の電場の下でトラップからグラフェンに移動し、電子は負の電場の下でグラフェンからトラップに移動します。 したがって、電界下でのドレイン電流の変化は、正および負の電界と反対であり、電界の極性の検出を容易にします。 さらに、グラフェンとトラップの間で移動する電荷キャリアの数は、電界のサイズによって異なります。 電界が高いほど、グラフェンとトラップの間の電子の移動が大きくなります。 転送される電荷​​量の違いは、ドレイン電流にも反映されます。 したがって、電界の印加下でのドレイン電流の変化は、電界の大きさと等しくすることができる。


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詳しくは:
Afsal Kareekunnan et al、グラフェンデバイスにおける電界検知のメカニズムの再検討、 オメガAC (2021)。 DOI:10.1021 / acsomega.1c05530

北陸先端科学技術大学院大学発表会

見積もり:研究者がグラフェンマイクロスケールセンサーの電界検出メカニズムを明らかに(2021年12月23日)、2021年12月23日https://phys.org/news/2021-12-uncover-mechanism-electric-field-microscale.htmlから取得

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