康奈尔大学 信用:CC0公共领域 就像演员和歌剧演唱者一样，测量磁场时，有一个范围是有帮助的
康奈尔大学的研究人员使用超薄石墨烯“三明治”制造了一种微型磁场传感器，与以前的传感器相比，这种传感器可以在更大的温度范围内工作，同时还可以检测磁场中的微小变化，否则这些变化可能会在更大的磁场背景下消失
物理学助理教授卡佳·诺瓦克(Katja Nowack)领导的研究人员通过将石墨烯夹在六方氮化硼片之间，创造了这种微米级的霍尔效应传感器，从而使该器件的工作温度范围超过了以前的霍尔传感器
该小组的论文“超洁净石墨烯霍尔传感器的磁场检测极限”，发表于8月16日
《自然通讯》20
该团队由艺术与科学学院的物理学助理教授、该论文的资深作者卡佳·诺瓦克领导
诺瓦克的实验室专门使用扫描探针进行磁成像
他们的探针之一是超导量子干涉装置，或SQUID，它在低温和小磁场下工作良好
该论文的主要作者、博士生布莱恩·谢弗说:“我们想通过使用霍尔效应传感器来扩大我们可以探索的参数范围。”
“它可以在任何温度下工作，我们已经证明它也可以在高磁场下工作
霍尔传感器以前曾用于高磁场，但它们通常无法检测到磁场上方的小磁场变化
" 霍尔效应是凝聚态物理中众所周知的现象
当电流流过样品时，它被磁场弯曲，在样品两侧产生与磁场成比例的电压
霍尔效应传感器被用于多种技术，从手机到机器人再到防抱死刹车
这些器件通常由硅和砷化镓等传统半导体制成
诺瓦克的团队决定尝试一种更新颖的方法
在过去的十年里，石墨烯片的使用激增——单层碳原子排列成蜂窝状网格
但是，当石墨烯片直接放置在硅衬底上时，石墨烯器件往往不如由其他半导体制成的器件。石墨烯片在纳米尺度上“起皱”,抑制了它的电学特性
诺瓦克的团队采用了最近开发的技术来释放石墨烯的全部潜力——将它夹在六方氮化硼薄片之间
六方氮化硼的晶体结构与石墨烯相同，但它是一种电绝缘体，这使得石墨烯片可以平放
夹层结构中的石墨层充当静电门，调节石墨烯中能够导电的电子数量
三明治技术是由合著者王磊首创的，他是康奈尔纳米科学研究所的前博士后研究员
王还在约翰·阿的合著者保罗·麦克尤恩的实验室工作
纽曼物理科学教授，纳米科学和微系统工程任务组的联合主席，该任务组是教务长激进合作倡议的一部分
诺瓦克说:“六方氮化硼和石墨的封装使电子系统变得超级干净。”
“这使我们能够在比以前更低的电子密度下工作，这有利于增强我们感兴趣的霍尔效应信号
" 研究人员能够制造出一种微米级的霍尔传感器，其功能与室温下报道的最好的霍尔传感器一样，同时在低至4℃的温度下优于任何其他霍尔传感器
2 kelvins(或负452
华氏11度)
石墨烯传感器非常精确，它们可以在背景磁场的基础上识别出磁场的微小波动，背景磁场要大六个数量级(或一百万倍)
即使对于高质量的传感器来说，检测这种细微差别也是一项挑战，因为在高磁场中，电压响应变得非线性，因此更难解析
诺瓦克计划将石墨烯霍尔传感器集成到扫描探针显微镜中，用于成像量子材料和探索物理现象，例如磁场如何破坏非常规超导性以及电流在拓扑金属等特殊材料中的流动方式
“磁场传感器和霍尔传感器是许多现实世界应用的重要组成部分，”诺瓦克说
“这项工作让超洁净石墨烯真正成为制造霍尔探测器的优质材料
这对某些应用来说并不实际，因为很难制造这些设备
但是，人们正在探索材料生长和三明治自动组装的不同途径
一旦你有了石墨烯三明治，你可以把它放在任何地方，并将其与现有技术相结合
"
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