研究人員揭示了微型石墨烯傳感器中的電場檢測機制

感知電場大小和ji性的能力具有重要的科學意義。應用包括閃電的早期預測和超音速飛機的探測。目前，場磨機是廣泛使用的電場傳感器。雖然它們可以檢測任何ji性的電場和強度低至 1 V/m 的電場，但大尺寸 (>1m) 阻礙了它們在實際應用中的廣泛使用。此外，能夠檢測電場的場磨機內部的電機容易發生故障。通過引入基于 MEMS 的傳感器，已經做出了一些努力來使電場傳感器小型化。雖然它們很小并且不涉及任何移動部件，但復雜的制造過程使這些傳感器的成本效益降低。

日本先進科學技術研究所(JAIST)和防雷設備制造商音羽電氣株式會社的研究人員開始尋找更好的替代方案。他們的研究導致了石墨烯，一種原子厚度的二維材料?！氨娝苤?，在石墨烯中的載流子密度對外部擾動高度敏gan。在載流子密度的這種改變反映在漏ji電流。雖然有一些嘗試，并建議使用石墨烯作為電場傳感器，以前的工作都沒有建立石墨烯中電場傳感的潛在機制。我們意識到首先建立機制以對傳感器進行任何改進至關重要，這成為我們的主要目標，”講師 Manoharan Muruganathan 說。

通過一系列實驗，團隊確立了石墨烯中電場感應的機制。他們發現石墨烯與 SiO 2處的陷阱之間的電荷轉移電場作用下的石墨烯界面是傳感機制中的關鍵現象。這種電荷轉移和由此產生的載流子密度變化反映為漏ji電流變化。電荷轉移的方向取決于電場的ji性。電子在正電場下從陷阱轉移到石墨烯，而在負電場下它們從石墨烯轉移到陷阱。因此，電場下漏ji電流的變化對于正電場和負電場是相反的，從而更容易檢測電場的ji性。此外，在石墨烯和陷阱之間轉移的電荷載流子的數量取決于電場的大小。電場越高，在石墨烯和陷阱之間移動的電子越大。轉移電荷量的差異也反映在漏ji電流中。因此，施加電場下的漏ji電流變化可以等同于電場的大小。