与演员和歌剧演员一样，在测量磁场时，它有助于确定范围。
康奈尔大学的研究人员利用超薄的石墨烯“三明治”制造了一种微型磁场传感器，这种传感器比以往的传感器能在更大的温度范围内工作，同时还能探测到磁场的微小变化，否则这些变化可能会在更大的磁场背景中消失。
由物理学助理教授Katja Nowack领导的研究人员，通过将石墨烯夹在六方氮化硼薄片之间，创造了这种微米级霍尔效应传感器，使得该设备的工作温度范围比以前的霍尔传感器更大。
该小组的论文《超细石墨烯霍尔传感器的磁场检测极限》于8月20日发表在《自然通讯》杂志上。
该团队由艺术与科学学院的物理学助理教授Katja Nowack领导，同时也是该论文的资深作者。
诺瓦克的实验室擅长使用扫描探针进行磁成像。他们使用的探测器之一是超导量子干涉装置(SQUID)，该装置在低温和小磁场下工作良好。
该论文的第一作者、博士生布莱恩·舍费尔(Brian Schaefer)说:“我们希望通过使用另一种类型的传感器，即霍尔效应传感器，扩大我们可以探索的参数范围。”“它可以在任何温度下工作，我们已经证明它也可以在高磁场下工作。霍尔传感器以前曾在高磁场下使用过，但它们通常无法探测到磁场上的微小变化。”
霍尔效应是凝聚态物理中一个著名的现象。当电流流过一个样品时，它被磁场弯曲，在样品的两边产生一个与磁场成比例的电压。
霍尔效应传感器应用于各种技术中，从手机到机器人再到防抱死刹车系统。这些设备通常是由硅和砷化镓等传统半导体制成的。
Nowack的团队决定尝试一种更新颖的方法。
在过去的十年里，我们看到了石墨烯片的大量应用。石墨烯片是由单层碳原子组成，呈蜂窝晶格状排列。但是，当石墨烯薄片直接放在硅衬底上时，石墨烯器件往往比用其他半导体制成的器件差;石墨烯薄片在纳米尺度上“皱缩”，抑制了其电学性能。
诺瓦克的团队采用了一项最近开发的技术来释放石墨烯的全部潜能——将其夹在六方氮化硼薄片之间。六方的氮化硼具有与石墨烯相同的晶体结构，但它是一种电绝缘体，可以使石墨烯片平放。夹层结构中的石墨层充当静电门，调节石墨烯中导电电子的数量。
夹层技术是由合著者王磊首创的，他曾是康奈尔大学卡维里研究所的博士后研究员，从事纳米科学研究。王还在Paul McEuen的实验室工作，Paul McEuen是John A. Newman物理科学教授，也是纳米科学和微系统工程(NEXT Nano)工作组的联合主席，该工作组是教务长激进合作计划的一部分。
“六方氮化硼和石墨的封装使电子系统变得超细，”Nowack说。“这使得我们可以在比以前更低的电子密度下工作，这有利于增强我们感兴趣的霍尔效应信号。”
研究人员能够制造出一种微米级的霍尔传感器，它在室温下的功能和最好的霍尔传感器一样好，而且在温度低至4.2开尔文(或零下452.11华氏度)时，它的性能优于其他任何霍尔传感器。
石墨烯传感器是如此的精确，它们可以在一个磁场与一个比其大6个数量级(或100万倍大小)的背景磁场的对比中识别出微小的波动。即使对高质量的传感器来说，探测这些细微差别也是一项挑战，因为在高磁场中，电压响应会变成非线性，因此更难解析。
Nowack计划将石墨烯霍尔传感器整合到扫描探针显微镜中，用于成像量子材料和探索物理现象，比如磁场如何破坏非常规的超导性，以及电流在特殊类别材料(如拓扑金属)中的流动方式。
“磁场传感器和霍尔传感器是许多实际应用的重要组成部分，”Nowack说。“这项工作使超细石墨烯真正成为制造霍尔探测器的优越材料。”对于某些应用程序来说，它并不实际，因为很难制造这些设备。但是人们正在探索材料生长和自动组装三明治的不同途径。一旦有了石墨烯三明治，你就可以把它放在任何地方，并与现有技术相结合。”
合著者包括博士生Alexander Jarjour和来自日本筑波国家材料科学研究所的研究人员。
这项研究由美国国家科学基金会和康奈尔材料研究中心(NSF材料研究科学与工程中心)支持。研究人员利用了康奈尔大学的纳米科学技术设施和哥伦比亚大学的纳米倡议洁净室。
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