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    布朗大學物理學家團隊開發出新型的緊湊型超靈敏磁傳感器

    2020-06-10作者:瀏覽次數:366
            布朗大學的一個物理學家團隊開發了一種新型的緊湊型超靈敏磁傳感器,這種新設備可能在涉及弱磁場的各種應用中很有用。
            布朗物理系主任、《物理學》雜志的資深作者肖剛說:“ 從我們的電子設備到跳動的心臟,幾乎我們周圍的所有事物都會產生磁場,我們可以利用這些磁場來獲取有關系統的信息,我們發現了一類超靈敏的傳感器,但是它們又小巧,制造便宜,消耗的功率也不大,我們認為這些新型傳感器可能有很多潛在的應用。”
    新型的緊湊型超靈敏磁傳感器
            一般來說,感應磁場的傳統方法是通過所謂的霍爾效應,當攜帶電流的導電材料與磁場接觸時,該電流中的電子會在垂直于其流動方向上發生偏轉。這會產生一個小的垂直電壓,霍爾傳感器可以使用它來檢測磁場的存在。
            該新設備利用了霍爾效應的一個近親,稱為反常霍爾效應(AHE),它產生于鐵磁材料中。霍爾效應是由于電子的電荷而產生的,而AHE是由于電子自旋(每個電子的微小磁矩)而產生的,這種作用使具有不同自旋的電子沿不同方向分散,從而產生很小但可檢測的電壓。
            同時,新設備使用了由鈷、鐵和硼原子制成的超薄鐵磁膜。電子的自旋傾向于在薄膜的平面內排列,這種特性稱為平面內各向異性。在高溫爐中并在強磁場下處理薄膜后,電子的自旋發展為傾向于垂直于薄膜的趨勢,即所謂的垂直各向異性。當這兩個各向異性具有相同的強度時,如果材料與外部磁場接觸,則電子自旋很容易重新定向,通過AHE電壓可以檢測到電子自旋的重新定向。
            使設備正常工作的關鍵是鈷-鐵-硼薄膜的厚度。太厚的薄膜需要更強的磁場來重新定向電子自旋,從而降低了靈敏度;如果薄膜太薄,電子自旋可能會自行重新定向,這將導致傳感器發生故障。研究人員發現,厚度的較佳點是0.9納米,厚度約為4或5個原子。
            不需要很強的磁場就能翻轉薄膜中的自旋,這使得該設備非常靈敏。研究人員說,實際上,它的靈敏度比傳統的霍爾效應傳感器高20倍。研究人員認為該設備可能具有廣泛的應用。可能對醫生有用的一個例子是磁性免疫測定法,該技術利用磁性來尋找液體樣本中的病原體。
            研究人員說:“由于設備非常小,我們可以在一個芯片上放置數千個甚至數百萬個傳感器,該芯片可以在一個樣本中一次測試許多不同的事物,這將使測試更加容易且成本更低。”

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