Onderzoekers die waterstof als schone energiebron van de volgende generatie willen gebruiken, ontwikkelen waterstofdetectietechnologieën die in staat zijn om lekken in waterstofaangedreven voertuigen en tankstations te detecteren voordat het gas in een explosie verandert. Het meest voorkomende type waterstofsensoren is samengesteld uit op palladium gebaseerde dunne films omdat palladium (Pd), een zilverwit metaal dat lijkt op platina, neemt gemakkelijk waterstofgas op. Echter, Pd absorbeert ook gemakkelijk andere gassen, waardoor de algehele efficiëntie van deze sensoren afneemt.

Het onderzoeksteam van Alexander Gerber aan de Universiteit van Tel Aviv heeft onlangs een systematische studie van waterstofdetectie uitgevoerd met behulp van het Extraordinary Hall Effect (EHE) om de waterstofmagnetisatierespons in dunne kobalt-palladium (CoPd) films te meten. Het team rapporteert de bevindingen in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

"We ontdekten dat detectie van waterstof door EHE echt werkt met een zeer hoge gevoeligheid, " zei Alexander Gerber, een auteur op papier. "Een doel zou zijn om een ​​compact EHE-apparaat te ontwikkelen dat compatibel is met een standaard meetmethode voor weerstand met vier sondes om de gasdetectie te verbeteren via een magnetisch type sensor met behulp van het spintronica-effect."

Het ontluikende veld van spintronica maakt gebruik van de spin van een elektron en de daaruit voortvloeiende magnetische eigenschappen. In essentie, EHE is een spin-afhankelijk fenomeen dat een spanning genereert die evenredig is met de magnetisatie over een stroomvoerende magnetische film.

Ook wel bekend als het afwijkende Hall-effect, EHE komt voor in ferromagnetische materialen en kan veel groter zijn dan het gewone Hall-effect. Hoewel palladium een ​​hoog waterstofabsorptievermogen heeft, het is op zichzelf niet ferromagnetisch. Dus, de onderzoekers voegden kobalt toe, een ferromagnetisch materiaal waarvan de magnetische eigenschappen worden beïnvloed door de waterstofabsorptie in CoPd-legeringen om EHE te induceren.

De onderzoekers maakten vier sets monsters met een dikte van 7, 14, 70 en 100 nanometer met variërende kobaltconcentraties en testte ze in een atmosfeer met verschillende niveaus van waterstof tot 4 procent. Ze ontdekten dat de dunste films de grootste absolute respons op waterstof vertoonden:het signaal verandert met meer dan 500 procent per 1 procent waterstof.

"In praktische termen we identificeerden de gevoelige reeks composities, hoe de reactie op waterstof afhangt van de samenstelling, en wat de mogelijkheden zijn om de sensor te bedienen, ' zei Gerber.

Het onderzoeksteam van Gerber is nu bezig met het opnemen van reactietijden en het onderzoeken van de mogelijkheid om waterstof vrij te maken na blootstelling, zodat sensoren opnieuw kunnen worden gebruikt. De onderzoekers zijn ook van plan om manieren te onderzoeken om de selectiviteit van waterstof te verbeteren en hun techniek voor selectieve detectie van andere gassen aan te passen.