віруси

"Майже все навколо нас, включаючи нас самих, створює магнітне поле, від наших електронних пристроїв до нашого пульсуючого серця, і ці поля надають дані про ці системи".

- сказав Ган Сяо, президент кафедри фізики Брауна, провідний автор статті, що описує новий пристрій. Поряд з цим дослідженням займався Іоу Чжан, коричневий аспірант і докторант Кан Ван.

Фізики Університету Брауна розробили новий, компактний, надчутливий магнітометр, який може допомогти у багатьох додатках, включаючи виявлення слабких магнітних полів. Відкриття впливає на цілий клас датчиків, які є надзвичайно чутливими, малими за розміром, недорогими у виробництві та не споживають багато енергії.

Ефект сірого

Традиційно магнітні поля вимірюються за допомогою ефекту Холла. Коли струмопровідний матеріал контактує з магнітним полем, електрони в цьому струмі відхиляються в напрямку, перпендикулярному потоку. Це створює невелику перпендикулярну напругу, яку датчики Холла можуть використовувати для виявлення магнітних полів.

Новий пристрій використовує близьке явище - аномалію ефекту Холла (AHE), яке відбувається у феромагнітних матеріалах. Хоча ефект Холла виникає внаслідок заряду електронів, AHE є результатом спіну електрона, тобто крихітного магнітного моменту кожного електрона. Ефект полягає в тому, що електрони різних спінів розсіюються кількома способами, що забезпечує малу, хоча і відчутну, напругу.

Всього кілька атомів

Сам пристрій складається з надтонкої феромагнітної плівки, що складається з атомів кобальту, заліза та бору. Спіни електронів, як правило, вирівнюються в площині плівки, властивість називається плоскою анізотропією. Після обробки плівки у високотемпературній печі під сильним магнітним полем спіни електронів починають мати тенденцію бути перпендикулярними плівці, що називається перпендикулярною анізотропією.

Коли ці дві анізотропії мають однакову силу, спіни електрона швидко переорієнтуються, коли матеріал контактує із зовнішнім магнітним полем. Ця перебудова спінів електронів може бути виявлена ​​через напругу AHE. Пристрій у 20 разів чутливіший, ніж традиційні, звичайні датчики ефекту Холла.

Ключ до чутливості полягає в тому, що немає необхідності в сильному магнітному полі у плівці для зворотного обертання спінів, насправді, ключовим фактором у роботі пристрою є товщина плівки кобальт-залізо-бор. Якщо плівка занадто товста, для переорієнтації спінів електронів потрібно сильніше магнітне поле, що зменшує чутливість. Якщо плівка занадто тонка, спіни електронів можуть самі переставитись, що може спричинити несправність датчика. Дослідники виявили, що відповідна товщина становить 0,9 нанометра, товщиною близько чотирьох або п’яти атомів.

Щодо областей використання, Чжан сказав: «Пристрій може мати широкий спектр застосувань. Прикладом, який може бути корисний для лікарів, є магнітний імуноаналіз ".

"Це метод, який використовує магнетизм для пошуку патогенних мікроорганізмів у зразках рідини. Оскільки пристрій дуже малий, можна розмістити тисячі або навіть мільйони датчиків на одному чіпі. Цей чіп може знайти незліченну кількість різних патогенних мікроорганізмів одночасно в одиночний зразок, що робить його простішим та дешевшим.

Опис нового пристрою був опублікований в Applied Physics Letters.