امکان استفاده از ترانزیستورهای گرافنی در حسگرهای مغناطیسی

یک تیم تحقیقاتی در سنگاپور روشی برای استفاده از گرافن در ذخیره‌سازی اطلاعات ارائه کرده است. این گروه از میدان مغناطیسی برای کنترل باندگپ گرافن استفاده کرده است. نتایج این تحقیق گرافن را به‌سمت تجاری شدن در حوزه ذخیره‌سازی اطلاعات سوق می‌دهد.

یک تیم تحقیقاتی در سنگاپور روشی برای
استفاده از گرافن در ذخیره‌سازی اطلاعات ارائه کرده است. این گروه از میدان
مغناطیسی برای کنترل باندگپ گرافن استفاده کرده است. نتایج این تحقیق گرافن
را به سمت تجاری شدن در حوزه ذخیره‌سازی اطلاعات سوق می‌دهد.

گرافن ماده‌ای تک لایه‌ از اتم‌های کربن است که اتم‌ها در ساختار آن به
صورت شبکه شش ضلعی قرار گرفته‌اند. به‌دلیل ساختار دو بعدی آن، گرافن دارای
ویژگی‌های منحصر به فردی است. برای مثال هدایت الکتریکی این ماده بالا است
بنابراین گزینه مناسبی برای استفاده در صنعت الکترونیک است. سنگ چی تان و
همکارانش از موسسه آاستار با همکاری همتایان خود در دانشگاه سنگاپور نشان
دادند که از گرافن می‌توان در ذخیره‌سازی اطلاعات استفاده کرد. این گروه
تحقیقاتی روشی برای اندازه‌گیری میدان مغناطیسی ارائه کردند که با استفاده
از آن می‌توان مقاومت الکتریکی گرافن را اندازه‌گیری کرد. سنگ چی تان
می‌گوید این روش می‌تواند مسیرهای تازه‌ای به‌سوی ساخت حسگرهای میدان
مغناطیسی کوچک باز کند.

 

 
 
الکترون‌ها بدون این که ممانعتی از سوی
ورقه‌های دو بعدی گرافن داشته باشند در این ماده به حرکت در می‌آیند. از
این ویژگی‌ می‌توان برای ساخت حسگرهای میدان مغناطیسی استفاده کرد زیرا هر
تغییری در حرکت الکترون در حضور میدان مغناطیسی می‌تواند به‌صورت مقاومت
الکتریکی ضبط شود. متاسفانه ادواتی که تا کنون ساخته شده به‌دلیل
برانگیختگی الکترون در دمای اتاق، دچار مشکل مقاومت مغناطیسی بوده بنابراین
استفاده از گرافن در این حوزه چندان موفق نبوده است.

برای حل این مشکل، تان و همکارانش از یک ترانزیستور استفاده کردند که در
ساخت آن از نانوروبان‌های گرافنی استفاده شده بود. برخلاف ورقه‌های گرافنی
رایج، محدودیت ابعادی نانوروبان منجر به بروز یک شکاف در حالت الکتریکی
می‌شود که به آن باندگپ گفته می‌شود. با این کار گرافن تبدیل به یک
نیمه‌هادی می‌شود.

ترانزیستور نانوروبان به شکلی باندگپ را اصلاح می‌کند که ممانعتی در جریان
بار الکتریکی عبوری از میان دستگاه پدید آید (مقاومت بالا). با اعمال میدان
مغناطیسی، باندگپ کاهش یافته و جریان بار دوباره به حرکت در می‌آید (
مقاومت کم). بنابراین می‌توان با اعمال میدان مغناطیسی مقاومت الکتریکی را
تغییر داد. با تغییر این پارامتر می‌توان باندگپ را به‌قدری افزایش داد که
برانگیختگی گرمایی پدیدار نشود یا به حداقل برسد.

با این حال تحقیقات زیادی برای تجاری سازی این یافته مورد نیاز است تا
چالش‌های این مسیر حل شود برای مثال پهنای نانوروبان‌ها ۵ نانومتر است که
از ساختار ترانزیستورهای تجاری بسیار کوچک‌تر است. البته نتایج به‌دست آمده
در این پروژه نشان می‌دهد که عملکرد سیستم ساخته شده در آزمایشگاه بسیار
خوب است بنابراین می‌توان از آن در حوزه مغناطیس استفاده کرد.

نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان High magnetoresistance at
room temperature in p-i-n graphene nanoribbons due to band-to-band
tunneling effects در نشریه Applied Physics Letters به چاپ رسیده است.