La capacità di percepire l'intensità e la polarità di un campo elettrico è di grande interesse scientifico. Le applicazioni includono la previsione precoce dei fulmini e il rilevamento di velivoli supersonici. Attualmente, i mulini da campo sono sensori di campo elettrico ampiamente utilizzati. Sebbene possano rilevare campi elettrici di polarità e campo di magnitudine fino a 1 V/m, le grandi dimensioni (> 1 m) ne ostacolano l'ampio utilizzo per applicazioni reali. Inoltre, il motore all'interno del mulino da campo, che consente il rilevamento del campo elettrico, è soggetto a guasti. Sono stati compiuti alcuni sforzi per miniaturizzare il sensore di campo elettrico introducendo sensori basati su MEMS. Sebbene siano piccoli e non coinvolgano parti mobili, il complesso processo di fabbricazione rende questi sensori meno convenienti.

I ricercatori del Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) e di Otowa Electric Co., Ltd., uno dei principali produttori di apparecchiature di protezione contro i fulmini, hanno iniziato a cercare un'alternativa migliore. La loro indagine ha portato al grafene, un materiale bidimensionale dello spessore di un atomo. "È noto che la densità del vettore nel grafene è altamente sensibile alle perturbazioni esterne. Tale cambiamento nella densità del vettore si riflette nella corrente di drenaggio. Sebbene ci sia stato qualche tentativo e proposta di utilizzare il grafene come sensore di campo elettrico, nessuno dei precedenti I lavori hanno stabilito il meccanismo alla base del rilevamento del campo elettrico nel grafene. Ci siamo resi conto che è fondamentale stabilire prima il meccanismo per apportare qualsiasi miglioramento al sensore, che è diventato il nostro obiettivo principale", afferma Manoharan Muruganathan, docente senior.

Attraverso una serie di esperimenti, il team ha finalmente stabilito il meccanismo di rilevamento del campo elettrico nel grafene. Hanno scoperto che il trasferimento di cariche tra il grafene e le trappole al SiO₂ L'interfaccia /grafene sotto l'applicazione di un campo elettrico è un fenomeno cruciale nel meccanismo di rilevamento. Tale trasferimento di cariche e il conseguente cambiamento nella densità del vettore si riflettono come variazione della corrente di drenaggio. La direzione del trasferimento di carica dipende dalla polarità del campo elettrico. Gli elettroni vengono trasferiti dalle trappole al grafene sotto un campo elettrico positivo, mentre vengono trasferiti dal grafene alle trappole sotto un campo elettrico negativo. Pertanto, la variazione della corrente di drenaggio in un campo elettrico è opposta per i campi elettrici positivi e negativi, rendendo più facile rilevare la polarità del campo. Inoltre, il numero di portatori di carica trasferiti tra il grafene e le trappole dipende dall'ampiezza del campo elettrico. Maggiore è il campo elettrico, maggiore è il movimento degli elettroni tra il grafene e le trappole. La differenza nella quantità di carica trasferita si riflette anche nella corrente di drenaggio. Pertanto, la variazione della corrente di drenaggio sotto l'applicazione di un campo elettrico può essere equiparata all'entità del campo elettrico. + Esplora ulteriormente

La memoria di legame grafene-adsorbato van der Waals ispira sensori di grafene "intelligenti"