6月8日消息，布朗大學(xué)的一個物理學(xué)家團隊開發(fā)了一種新型的緊湊型超靈敏磁力計。研究人員說，這種新設(shè)備可能在涉及弱磁場的各種應(yīng)用中很有用?！皬奈覀兊碾娮釉O(shè)備到跳動的心臟，幾乎我們周圍的所有事物都會產(chǎn)生磁場，我們可以利用這些磁場來獲取有關(guān)所有這些系統(tǒng)的信息，”布朗物理系主任，《物理學(xué)》雜志的高級作者岡曉說。描述新設(shè)備的文件。“我們發(fā)現(xiàn)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(yīng)用?！?/p>

在“ 應(yīng)用物理學(xué)快報”上發(fā)表的一篇論文中對該新設(shè)備進行了詳細的描述。布朗研究生Yiou Zhang和博士后研究員Kang Wang是該研究的主要作者。

感應(yīng)磁場的傳統(tǒng)方法是通過所謂的霍爾效應(yīng)。當攜帶電流的導(dǎo)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(fā)生偏轉(zhuǎn)。這會產(chǎn)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。

新設(shè)備利用表親來應(yīng)對霍爾效應(yīng)（稱為霍爾異常效應(yīng)（AHE）），該效應(yīng)發(fā)生在鐵磁材料中。霍爾效應(yīng)是由于電子的電荷而產(chǎn)生的，而AHE是由于電子自旋（每個電子的微小磁矩）而產(chǎn)生的。該效應(yīng)導(dǎo)致具有不同自旋的電子沿不同方向分散，從而產(chǎn)生很小但可檢測的電壓。

新設(shè)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(nèi)排列，這種特性稱為平面內(nèi)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(fā)展為垂直于薄膜的趨勢，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。

不需要很強的磁場就能翻轉(zhuǎn)薄膜中的自旋，這使得該設(shè)備非常靈敏。研究人員說，實際上，它的靈敏度比傳統(tǒng)的霍爾效應(yīng)傳感器高20倍。

使設(shè)備正常工作的關(guān)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(dǎo)致傳感器發(fā)生故障。研究人員發(fā)現(xiàn)，厚度的最佳點是0.9納米，厚度約為4或5個原子。

研究人員認為該設(shè)備可能具有廣泛的應(yīng)用。磁免疫測定是一個可能對醫(yī)生有用的例子，該技術(shù)利用磁來尋找液體樣本中的病原體。

張說：“由于設(shè)備非常小，我們可以在一個芯片上放置數(shù)千個甚至數(shù)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?！?/p>

另一個應(yīng)用程序可能是由美國國家科學(xué)基金會資助的肖氏實驗室正在進行的項目的一部分。肖和他的同事們正在開發(fā)一種電磁照相機，可以對量子材料產(chǎn)生的磁場進行高清成像。如此詳細的磁性輪廓將有助于研究人員更好地了解這些材料的特性。

肖說：“就像普通相機一樣，我們希望我們的磁性相機具有盡可能多的像素。” “我們相機中的每個磁性像素都是一個單獨的磁傳感器。傳感器需要很小，并且不能消耗太多功率，因此這種新傳感器在我們的相機中很有用。”

責任編輯：gt