Магнитные датчики – или более точно, магнитоустойчивые датчики – являются крошечными, очень чувствительными и эффективными компонентами, которые окружают нас везде в наших повседневных жизнях. В автомобилях они измеряют скорость вращения колес для систем ESP и ABS; они также найдены в мобильных телефонах, они читают данные из жестких дисков и способствуют нашей безопасности, обнаруживая микроскопические трещины в металлических компонентах. Множество этих заявлений означает, что функциональность датчиков должна быть индивидуально настроена на каждого.
Магнитоустойчивые датчики составлены из микроскопических стопок чередования магнитных и антимагнитных слоев, каждый всего несколько нанометров толщиной. Когда внешнее магнитное поле применено к такому многослойному стеку, электрическому сопротивлению изменений стека. Хотя этот гигантский магнитоустойчивый эффект (GMR), за открытие которого Альберт Ферт и Петер Грунберг были награждены Нобелевской премией в 2007, коренным образом изменил технологию датчика, одна проблема сохранилась: сила магнитного поля, в которой переключается резистор, в основном зафиксирована.Исследователи в DESY теперь разработали способ, который позволяет им, впервые, брать под свой контроль магнитоустойчивые свойства многослойных систем датчика.
Их метод позволяет полевую силу, в которой каждый отдельный магнитный слой в мелкой стопке переключается, чтобы быть точно и гибко приспособленным. Кроме того, предпочтительное направление для намагничивания отдельных слоев, так называемая «легкая ось», может быть в любой выбранной ориентации.
В результате множество новых свойств датчика может быть достигнуто прямыми средствами.«До сих пор часто было необходимо приспособить заявление соответствовать датчику; наша технология означает, что мы можем настроить датчик, чтобы соответствовать применению по назначению», объясняет доктор Кай Шлэдж DESY, который является основным автором статьи.
Улучшенная технология датчика основана на процессе, известном как наклонное смещение уровня или OID. Метод, который уже используется для единственных слоев, позволяет произвольным магнитным материалам быть магнитно сформированными на произвольных основаниях. Угол смещения может быть точно различен и обеспечивает простой способ определить, переключается ли магнитный слой, когда внешнее магнитное поле достигает силы 0,5 миллитесла или сто раз того уровня. Это соответствует приблизительно различию между 10 и 1000 раз силой магнитного поля Земли.
Ученые DESY обнаружили, что эта процедура может не только использоваться для единственных слоев, но также идеально подходит для большого количества многослойных систем, таким образом значительно расширив возможности, доступные в обычном дизайне, а также функциональности магнитных многослойных стеков. Исследователи произвели свои многослойные системы в вакуумных машинах, специально предназначенных с этой целью. Физики тогда провели эксперименты на P01 beamline радиационного источника синхротрона DESY, который ПЕТРА III, чтобы точно измерить магнитные свойства каждого слоя стеков произвела и таким образом смогла продемонстрировать, что OID разрешает произвольно комплексу и, самое главное, новые структуры намагничивания быть созданным в обширных многослойных стеках с чрезвычайно высокой точностью.С точки зрения магнитных датчиков это означает, что теперь возможно прямо произвести микроструктурированные многослойные стеки, имеющие идентичные составы материалов и толщин, но показывающие совсем другие и новые особенности датчика.
«Наша процедура позволяет производить магнитные датчики, которые поставляют значительно более точные сигналы, содержащие больше информации, которые также легче обработать», заявляет лидер группы профессор Ральф Ролсбергер. «Это позволяет, например, контролировать вращательные движения намного более точно, чем возможный сегодня, значительно повысив уровень безопасности двигателей, единиц двигателя и систем управления двигателем, особенно при чрезвычайных условиях».Группа уже подала заявку на патент для своего метода и надеется продемонстрировать ее коммерческий потенциал на совместном предприятии с промышленными партнерами.