作者凯文·史黛西，布朗大学 信用:CC0公共领域 布朗大学的一组物理学家已经开发出一种新型的紧凑型超灵敏磁力仪
研究人员说，这种新设备可以用于弱磁场的各种应用
“我们周围几乎所有的东西都会产生磁场——从我们的电子设备到跳动的心脏——我们可以利用这些磁场来获得关于所有这些系统的信息，”布朗大学物理系主任、一篇描述这种新设备的论文的资深作者肖钢说
“我们发现了一类超灵敏的传感器，但它们体积小，制造成本低，也不需要太多能量
我们认为这些新传感器有许多潜在的应用
" 发表在《应用物理快报》上的一篇论文详细介绍了这种新设备
布朗大学研究生张怡鸥和博士后研究员王康是这项研究的主要作者
感应磁场的传统方式是通过霍尔效应
当携带电流的导电材料与磁场接触时，电流中的电子被偏转到垂直于它们流动的方向
这会产生一个小的垂直电压，霍尔传感器可以用它来检测磁场的存在
这种新装置利用了霍尔效应的一个近亲——反常霍尔效应(AHE)——这种效应出现在铁磁材料中
霍尔效应是由电子电荷引起的，而AHE效应是由电子自旋产生的，电子自旋是每个电子的微小磁矩
这种效应导致不同自旋的电子向不同方向分散，从而产生一个很小但可检测的电压
新设备使用由钴、铁和硼原子组成的超薄铁磁薄膜
电子的自旋倾向于在薄膜的平面上排列，这种特性被称为面内各向异性
薄膜在高温炉中和强磁场下处理后，电子的自旋倾向于垂直于薄膜取向，这就是所谓的垂直各向异性
当这两种各向异性具有相等的强度时，如果材料与外部磁场接触，电子自旋可以很容易地重新定向
通过AHE电压可以检测到电子自旋的重新定向
不需要强磁场来翻转胶片中的自旋，这使得该设备相当敏感
研究人员说，事实上，它比传统的霍尔效应传感器灵敏20倍
使装置工作的关键是钴-铁-硼薄膜的厚度
太厚的薄膜需要更强的磁场来重新定向电子自旋，这会降低灵敏度
如果薄膜太薄，电子自旋会自行重新定向，这将导致传感器失效
研究人员发现厚度的最佳值是0
9纳米，大约四五个原子的厚度
研究人员认为这种设备可能有广泛的应用
对医生有帮助的一个例子是磁性免疫分析，这是一种利用磁性在液体样本中寻找病原体的技术
“因为这个设备非常小，我们可以在一个芯片上放置数千甚至数百万个传感器，”张说
“该芯片可以在一个样本中同时测试多种不同的东西
这将使测试变得更容易和更便宜
" 另一个应用可能是肖实验室正在进行的项目的一部分，该项目得到了国家科学基金会的支持
肖和他的同事们正在开发一种磁性照相机，它可以拍摄量子材料产生的磁场的高清图像
如此详细的磁性轮廓将有助于研究人员更好地了解这些材料的特性
肖说:“就像普通相机一样，我们希望我们的磁性相机有尽可能多的像素。”
“我们相机中的每个磁性像素都是一个独立的磁性传感器
传感器需要很小，并且它们不能消耗太多的能量，所以这种新的传感器可能对我们的相机有用
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
