Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur NUS han desarrollado un nuevo sensor magnético híbrido que es más sensible que la mayoría de los sensores disponibles comercialmente. Este avance tecnológico aclama las oportunidades para el desarrollo de sensores más pequeños y baratos para diversos campos, como la electrónica de consumo,tecnología de información y comunicación, biotecnología y automotriz.
El invento, dirigido por el profesor asociado Yang Hyunsoo del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de NUS, se publicó en la revista Nature Communications en septiembre de 2015.
sensores magnéticos de alto rendimiento bajo demanda
Cuando se aplica un campo magnético externo a ciertos materiales, se produce un cambio en la resistencia eléctrica, también conocida como magnetorresistencia, a medida que los electrones se desvían. El descubrimiento de la magnetorresistencia allanó el camino para los sensores de campo magnético utilizados en unidades de disco duro y otros dispositivos, revolucionando cómo se almacenan y leen los datos.
En la búsqueda de un sensor de magnetorresistencia ideal, los investigadores han apreciado las propiedades de alta sensibilidad a campos magnéticos bajos y altos, capacidad de ajuste y variaciones de resistencia muy pequeñas debido a la temperatura.
El nuevo sensor híbrido desarrollado por el equipo dirigido por Assoc Prof Yang, quien también está en el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de NUS NUSNNI y el Centro de Materiales 2D Avanzados CA2DM en la Facultad de Ciencias de NUS, puede finalmente cumplir con estos requisitosOtros miembros del equipo de investigación interdisciplinario incluyen al Dr. Kalon Gopinadhan de NUSNNI y CA2DM; el profesor Thirumalai Venkatesan, director de NUSNNI; el profesor Andre K. Geim de la Universidad de Manchester; y el profesor Antonio H. Castro Neto del Departamento de Física de NUS yDirector de CA2DM.
Más de 200 veces más sensible que los sensores disponibles comercialmente
El nuevo sensor, hecho de grafeno y nitruro de boro, comprende unas pocas capas de canales móviles, cada uno de los cuales puede ser controlado por el campo magnético. Los investigadores caracterizaron el nuevo sensor probándolo a varias temperaturas, ángulos magnéticoscampo, y con un material de emparejamiento diferente.
El Dr. Kalon dijo: "Comenzamos tratando de comprender cómo responde el grafeno bajo el campo magnético. Descubrimos que una estructura bicapa de grafeno y nitruro de boro muestra una respuesta extremadamente grande con campos magnéticos. Esta combinación se puede utilizar para la detección de campos magnéticos".aplicaciones "
En comparación con otros sensores existentes, que comúnmente están hechos de antimonuro de silicio e indio, el sensor híbrido del grupo mostró una sensibilidad mucho mayor a los campos magnéticos. En particular, cuando se midió a 127 grados Celsius la temperatura máxima a la que se utilizan la mayoría de los productos electrónicos, los investigadores observaron una ganancia de sensibilidad de más de ocho veces sobre los resultados de laboratorio reportados previamente y más de 200 veces la de la mayoría de los sensores disponibles comercialmente.
Otro avance en esta investigación fue el descubrimiento de que la movilidad de las capas múltiples de grafeno se puede ajustar parcialmente ajustando el voltaje a través del sensor, lo que permite optimizar las características del sensor. Este control le da al material una ventaja sobre los sensores disponibles comercialmente. Además, el sensor mostró muy poca dependencia de la temperatura con respecto a la temperatura ambiente a un rango de 127 grados Celsius, lo que lo convierte en un sensor ideal adecuado para entornos de temperatura más alta.
Satisfacer la demanda de la industria
Se espera que la industria de sensores de magnetorresistencia, con un valor estimado de US $ 1.8 mil millones en 2014, crezca a US $ 2.9 mil millones para el año 2020. Los sensores de magnetorresistencia basados en grafeno son muy prometedores sobre los sensores existentes debido a su rendimiento estable sobre la variación de temperatura,eliminando la necesidad de obleas costosas o circuitos de corrección de temperatura. El costo de producción de grafeno también es mucho más bajo que el antimonuro de silicio e indio.
Las aplicaciones potenciales para el nuevo sensor incluyen la industria automotriz, donde los sensores en automóviles, ubicados en dispositivos como medidores de flujo, sensores de posición y enclavamientos, actualmente están hechos de antimonuro de silicio o indio. Por ejemplo, cuando hay un cambio en la temperatura debidoal aire acondicionado del automóvil o al calor del sol, las propiedades de los sensores convencionales en el automóvil también cambian. Para contrarrestar esto, se requiere un mecanismo de corrección de temperatura, incurriendo en costos de producción adicionales. Sin embargo, con el nuevo sensor híbrido del equipo, elnecesidad de obleas caras para fabricar los sensores, y se pueden eliminar los circuitos de corrección de temperatura adicionales.
"Nuestro sensor está perfectamente preparado para plantear un serio desafío en el mercado de magnetorresistencia al llenar los vacíos de rendimiento de los sensores existentes y encontrar aplicaciones como interruptores térmicos, discos duros y sensores de campo magnético. Nuestra tecnología puede aplicarse incluso a aplicaciones flexibles,"agregó Assoc Prof Yang.
El equipo de investigación ha presentado una patente para la invención. Después de este estudio de prueba de concepto, los investigadores planean ampliar sus estudios y fabricar obleas del tamaño de la industria para uso industrial.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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