美国康奈尔大学Katja C. Nowack课题组联合南京大学王雷教授--超净石墨烯霍尔传感器的磁场检测极限

固态磁场传感器对于商业电子领域和基础材料研究应用是很重要的。大多数磁场传感器是在有限的温度和磁场范围内工作,而霍尔传感器原则上可以在很宽的温度、磁场范围内工作。在这里,将超净石墨烯作为一种材料平台用于高性能霍尔传感器,即将石墨烯封装在六方氮化硼和几层石墨中,制造了微米级器件。在不同条件下还优化了磁场检出限。对于1μm的设备,在1 kHz频率下,室温时极限达700 nT Hz-1/2的极限,4.2 K时为80 nT Hz-1/2。所构建的微米级器件,室温下其性能可与目前所报道的最佳霍尔传感器相媲美,而温度低至4.2开尔文(或华氏452.11华氏度)的情况下,其性能优于其他霍尔传感器,证明了该传感器在几个特斯拉磁场中优异的性能,呈现出量子霍尔效应。

Figure1.微米级霍尔传感器的性能。

Figure 2. 超净石墨烯霍尔传感器。(a)装置G1的光学照片,(b)测量装置的示意图,(c)霍尔系数RH的顶栅电压(Vg)和和两点电阻R2p的依赖性,条件:在4.2 K下,小交流偏压,背景场B=100 mT。

Figure 3.霍尔系数测量。(a)在不同直流偏压下G1装置的霍尔系数,(b)IRH峰值的偏置电流依赖性,(c)电荷中性点电压的偏置电流依赖性。

Figure 4.噪声测量。

该研究工作由美国康奈尔大学Katja C. Nowack课题组联合南京大学王雷教授于2020年发表在Nature Communication国际顶级期刊上。原文:Magnetic field detection limits for ultraclean graphene Hall sensors。

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