Graphene Week 2015 è inondato di risultati di ricerca eccezionali, ma una presentazione ha creato molto scalpore a questa conferenza Graphene Flagship. Ad un pubblico sbalordito, Robert Roelver della società di ingegneria Bosch con sede a Stoccarda ha riferito giovedì che i ricercatori dell'azienda, insieme agli scienziati del Max-Planck Institute for Solid State Research, hanno creato un sensore magnetico a base di grafene 100 volte più sensibile di un dispositivo equivalente a base di silicio.

Bosch è da tempo impegnata nella tecnologia dei sensori, in particolare nel settore automobilistico. Nel 2008, l'azienda si espanse oltre la sua pressione, sensori di accelerazione e movimento giroscopico, al geomagnetico, temperatura, umidità, dispositivi per la qualità dell'aria e la pressione sonora, anche per l'uso in dispositivi elettronici di consumo come telefoni cellulari. Roelver ha osservato che Bosch è il fornitore numero uno al mondo di sensori microelettromeccanici, con 1 miliardo di euro di fatturato.

Interessato al fatto che il grafene possa consentire nuove applicazioni e migliorare le prestazioni del sensore, Bosch ha studiato l'uso del materiale bidimensionale nella sua pressione, magnetico, umidità, dispositivi a gas e pressione sonora. Il primo passo è stato quello di esaminare i metodi di fabbricazione.

Approcci top-down alla fabbricazione di dispositivi in ​​grafene come l'esfoliazione meccanica e chimica non funzionerebbero su scala commerciale, così Bosch si concentrò invece su tecniche dal basso verso l'alto come la decomposizione termica del carburo di silicio, e deposizione di vapore chimico su superfici metalliche. Quest'ultimo è sicuramente adatto alla produzione di massa, e il primo forse sì.

Roelver ha avvertito che le applicazioni dei sensori basati sul grafene richiederanno 5-10 anni prima di poter competere con le tecnologie consolidate. Ciò è dovuto all'attuale mancanza di tecniche di sintesi su larga scala basate su wafer e senza trasferimento.

Vari substrati sono stati considerati dai ricercatori Bosch e Max-Planck, che nel caso del loro sensore magnetico si sono affidati al nitruro di boro esagonale. Questo per ragioni sia di costo che di prestazioni tecniche.

I sensori magnetici di Bosch si basano sull'effetto Hall, in cui un campo magnetico induce una forza di Lorentz sui portatori di carica elettrica in movimento, che porta alla deflessione e a una tensione di Hall misurabile. Le prestazioni del sensore sono definite da due parametri:(1) sensibilità, che dipende dal numero di portatori di carica, e (2) consumo di energia, che varia inversamente con la mobilità del vettore di carica. È l'elevata mobilità del vettore che rende il grafene utile in tali applicazioni, e i risultati raggiunti dal team guidato da Bosch lo confermano.

Materiali a confronto e contrasto, Roelver nella sua presentazione alla Graphene Week ha mostrato che gli scenari peggiori del grafene corrispondono approssimativamente a un riferimento al silicio. Nella migliore delle ipotesi, il risultato è un enorme miglioramento rispetto al silicio, con requisiti di corrente e alimentazione della sorgente molto inferiori per una data sensibilità di Hall. In breve, il grafene fornisce un sensore magnetico ad alte prestazioni con requisiti di bassa potenza e ingombro.

In termini di numeri difficili, il notevole risultato mostrato da Roelver è stato incentrato su un confronto diretto tra la sensibilità di un sensore Hall a base di silicio con quella del dispositivo al grafene Bosch-MPI. Il sensore al silicio ha una sensibilità di 70 volt per amp-tesla, mentre con il dispositivo nitruro di boro e grafene la cifra è 7, 000. Questo è un miglioramento di due ordini di grandezza sbalorditivo, da qui la reazione nella sala conferenze della Graphene Week.

Dopo aver riassunto questo straordinario risultato di ricerca, Roelver ha concluso con una nota alta, sottolineando che Bosch prende molto sul serio il grafene come futura tecnologia commerciale.

"Siamo lieti di vedere che la Graphene Week è stata scelta come forum per rivelare un traguardo tecnologico così importante, "dice Andrea Ferrari, presidente del consiglio di amministrazione della Graphene Flagship. "La richiesta di Bosch per l'integrazione di un'ampia area del grafene nei processi industriali corrisponde e convalida pienamente gli investimenti pianificati dell'ammiraglia in quest'area critica per la produzione di massa di dispositivi".