La capacité à détecter l'amplitude et la polarité d'un champ électrique est d'un grand intérêt scientifique. Les applications incluent la prédiction précoce de la foudre et la détection d'avions supersoniques. Actuellement, les broyeurs de champ sont des capteurs de champ électrique largement utilisés. Bien qu'ils puissent détecter des champs électriques de polarité et de champ d'une amplitude aussi faible que 1 V/m, leur grande taille (> 1 m) entrave leur large utilisation pour des applications réelles. De plus, le moteur à l'intérieur du broyeur de champ, qui permet la détection du champ électrique, est sujet aux pannes. Certains efforts ont été faits pour miniaturiser le capteur de champ électrique en introduisant des capteurs à base de MEMS. Bien qu'ils soient petits et n'impliquent aucune pièce mobile, le processus de fabrication complexe rend ces capteurs moins rentables.

Des chercheurs du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) et d'Otowa Electric Co., Ltd., l'un des principaux fabricants d'équipements de protection contre la foudre, ont commencé à chercher une meilleure alternative. Leur enquête a conduit au graphène, un matériau bidimensionnel d'une épaisseur d'atome. "Il est bien connu que la densité de porteurs dans le graphène est très sensible aux perturbations externes. Un tel changement de densité de porteurs se reflète dans le courant de drain. Bien qu'il y ait eu quelques tentatives et propositions d'utiliser le graphène comme capteur de champ électrique, aucun des précédents Les travaux ont établi le mécanisme sous-jacent de la détection du champ électrique dans le graphène. Nous avons réalisé qu'il est essentiel d'établir d'abord le mécanisme pour apporter toute amélioration au capteur, ce qui est devenu notre objectif principal », déclare le maître de conférences Manoharan Muruganathan.

Grâce à une série d'expériences, l'équipe a finalement établi le mécanisme de détection du champ électrique dans le graphène. Ils ont découvert que le transfert de charges entre le graphène et les pièges au SiO₂ L'interface graphène sous l'application d'un champ électrique est un phénomène crucial dans le mécanisme de détection. Un tel transfert de charges et le changement résultant de la densité de porteurs sont reflétés lorsque le courant de drain change. La direction du transfert de charge dépend de la polarité du champ électrique. Les électrons sont transférés des pièges au graphène sous un champ électrique positif, alors qu'ils sont transférés du graphène aux pièges sous un champ électrique négatif. Ainsi, la variation du courant de drain sous un champ électrique est opposée pour les champs électriques positifs et négatifs, ce qui facilite la détection de la polarité du champ. De plus, le nombre de porteurs de charge transférés entre le graphène et les pièges dépend de l'amplitude du champ électrique. Plus le champ électrique est élevé, plus les électrons se déplacent entre le graphène et les pièges. La différence dans la quantité de charge transférée se reflète également dans le courant de drain. Ainsi, la variation du courant de drain sous l'application d'un champ électrique peut être assimilée à l'amplitude du champ électrique. + Explorer plus loin

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