A broad-spectrum gas sensor based on correlated two-dimensional electron gas

光谱(功能分析) 广谱 费米气体 物理 电子 材料科学 化学 核物理学 量子力学 组合化学
作者
Yuhao Hong,Long Wei,Qinghua Zhang,Zhixiong Deng,Xiaxia Liao,Yangbo Zhou,Lei Wang,Tongrui Li,Junhua Liu,Wen Xiao,Shilin Hu,Lingfei Wang,Lin Li,Mark Huijben,Yulin Gan,Kai Chen,Gertjan Koster,Guus Rijnders,Zhaoliang Liao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41467-023-44331-7
摘要

Abstract Designing a broad-spectrum gas sensor capable of identifying gas components in complex environments, such as mixed atmospheres or extreme temperatures, is a significant concern for various technologies, including energy, geological science, and planetary exploration. The main challenge lies in finding materials that exhibit high chemical stability and wide working temperature range. Materials that amplify signals through non-chemical methods could open up new sensing avenues. Here, we present the discovery of a broad-spectrum gas sensor utilizing correlated two-dimensional electron gas at a delta-doped LaAlO 3 /SrTiO 3 interface with LaFeO 3 . Our study reveals that a back-gating on this two-dimensional electron gas can induce a non-volatile metal to insulator transition, which consequently can activate the two-dimensional electron gas to sensitively and quantitatively probe very broad gas species, no matter whether they are polar, non-polar, or inert gases. Different gas species cause resistance change at their sublimation or boiling temperature and a well-defined phase transition angle can quantitatively determine their partial pressures. Such unique correlated two-dimensional electron gas sensor is not affected by gas mixtures and maintains a wide operating temperature range. Furthermore, its readout is a simple measurement of electric resistance change, thus providing a very low-cost and high-efficient broad-spectrum sensing technique.

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