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用于测量的磁传感器

2019-05-28

  DESY的科学家发现了一种为新一代磁传感器铺平道路的方法。它们的程序可以用于极大地扩展这种传感器的功能,这在使用传统的生产方法时是有限的,因此传感器现在可以根据各种新的应用进行单独定制。科学家们在科学期刊Advanced Functional Materials中介绍了他们的制造工艺。

  磁传感器 - 或更准确地说,磁阻传感器 - 是我们日常生活中无处不在的微小,高度灵敏和高效的组件。在汽车中,它们测量ABS和ESP系统的车轮转速; 它们也可以在手机中找到,它们从硬盘读取数据,通过检测金属部件中的微观裂缝来提高我们的安全性。这些应用的多样性意味着传感器的功能需要针对每个应用进行单独调整。

  磁阻传感器由交替的磁性和非磁性层的微观叠层组成,每层只有几纳米厚。当外部磁场施加到这种多层叠堆时,叠层的电阻改变。尽管这种巨大的磁阻效应(GMR),为了发现Albert Fert和PeterGrünberg在2007年获得诺贝尔奖,已经彻底改变了传感器技术,但仍存在一个问题:电阻器切换的磁场强度很大固定。

  DESY的研究人员现在开发了一种程序,使他们第一次能够控制多层传感器系统的磁阻特性。他们的方法允许精确和灵活地调整分钟堆叠中的每个单独磁性层切换的场强。另外,各个层的磁化的优先方向,即所谓的“易轴”,可以是任何选择的方向。结果,可以通过简单的方式实现多种新的传感器特性。

  “到目前为止,通常需要调整应用以适应传感器;我们的技术意味着我们可以定制传感器以适应预期的应用,”DESY的论文主要作者Kai Schlage博士解释道。

  改进的传感器技术基于称为倾斜入射沉积或OID的过程。该方法已经用于单层,允许任意磁性材料在任意基板上磁性成形。沉积角度可以精确地改变,并提供一种简单的方法来确定当外部磁场达到0.5毫特拉斯或100倍的强度时磁性层是否会切换。这大致相当于地球磁场强度的10到1000倍之间的差异。

  DESY的科学家们发现,这种方法不仅可以用于单层,而且非常适用于大量多层系统,因此大大扩展了传统设计中可用的可能性以及磁性多层叠层的功能。研究人员在专门为此目的设计的真空机器中制造了多层系统。物理学家然后在DESY的同步辐射源PETRA III的P01光束线上进行了实验,以精确测量所产生的每层叠层的磁性,从而能够证明OID允许任意复杂,最重要的是,新的磁化结构是采用广泛的多层叠层制造,具有极高的精度。

  就磁传感器而言,这意味着现在可以直接制造具有相同材料和厚度组成但显示出非常不同且新颖的传感器特性的微结构化多层叠堆。

  “我们的程序允许生产磁传感器,提供更精确的信号,包含更多易于处理的信息,”该组织负责人RalfRöhlsberger教授说。“这样可以比现在更精确地监控旋转运动,显着提高电机,驱动装置和发动机控制系统的安全性,特别是在极端条件下。”

  该集团已经为其方法提交了专利申请,并希望通过与工业合作伙伴的合作,展示其商业潜力。

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