6月8日消息，布朗大學的一個物理學家團隊開發(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》雜志的高級作者岡曉說。描述新設(shè)備的文件?！拔覀儼l(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?！?/p>

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