新型磁力计敏感度提升二十倍
新型磁力计敏感度提升二十倍
美国布朗大学（Brown University）的科学家发明了一种体积微小、敏感度很高的磁力计 。 研究者称在磁敏免疫分析、量子材料磁场高分辨率成像方面有很好的应用前景 。这项发明的主要研究者之一布朗大学物理系的肖刚（Gang Xiao ， 译音）说：“我们身边几乎一切都在产生磁场 ， 从电子设备到我们跳动的心脏 。 通过这些磁场我们可以得到这些系统的信息 。 我们发明了一种新型磁场感应器 ， 敏感度很高、体积很小 ， 制造成本不高、耗电量不大 ， 有很多潜在用途 。 ”研究人员介绍说 ， 传统的磁力计通过霍尔效应感应磁场 。 当带电导体与磁场接触的时候 ， 电子发生垂直偏转产生垂直方向上的电压 ， 从而判断磁场的存在 。新仪器则基于异常霍尔效应——在磁性材料中 ， 不同自旋方向的电子向不同方向发散 ， 产生微小的电压 。新仪器的核心部件是一层由钴、铁和硼原子构成的超薄铁磁膜 。 多数电子的自旋方向偏好与薄膜平行 ， 称为平面各项异性；当薄膜在强磁场高温炉中处理过后 ， 电子的自旋偏好变为与薄膜垂直 ， 称为垂直各项异性 。 在两种特性强度平衡的情况下 ， 如果出现外来磁场 ， 电子容易改变它们的自旋方向 。 这种变化产生的电压能被感应器侦测到 。研究者说 ， 很微弱的磁场都能改变电子的自旋方向 ， 所以这种感应器的敏感度可以达到传统霍尔感应器的二十倍左右 。感应器的关键技术在于钴铁硼膜的厚度 。 太厚了需要较强的磁场才能触发电子的变化 ， 即降低了仪器的敏感度；太薄了电子不稳定 ， 容易自发出现改变 ， 导致仪器失灵 。 研究人员发现0.9纳米的厚度最合适 ， 相当于四五个原子的厚度 。研究组认为这种仪器在医疗领域 ， 进行磁敏免疫分析 ， 检测液体样品中病原体有很好的应用前景 。“因为这种感应器很小 ， 我们可以把几千个、几万个感应器放在一块芯片上 ， 这样芯片一次可以检测很多项目 。 这将让检测更容易、更经济 。 ”另一个用途也是这个研究组一直在开发的磁感应相机 ， 可以对量子材料的磁场进行高精度成像 。 这有助于研究人员更好的了解这些材料的特性 。“就像普通的相机 ， 我们希望像素越多越好 。 这种相机上 ， 每个磁感应器就相当于一个像素 。 感应器要很小 ， 耗能小 ， 因此这种新感应器很适合这项用途 。 ”这份研究近期发表在《应用物理学快报》（Applied Physics Letters）上 。
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