Miniaturní čínský senzor je 10x citlivější: Dokáže odhalit ponorky i pomoci v medicíně

Čínští vědci vyvinuli ultra-citlivý magnetický senzor s nízkou úrovní šumu, který je schopen detekovat extrémně slabá magnetická pole. Tento nový senzor by teoreticky mohl být využit pro detekci ponorek nebo v biomedicínských zařízeních.

Čínští vědci vyvinuli ultra-citlivý magnetický senzor s nízkou úrovní šumu, který je schopen detekovat extrémně slabá magnetická pole. Tento nový senzor by teoreticky mohl být využit pro detekci ponorek nebo v biomedicínských zařízeních. Tým stojící za vývojem tvrdí, že senzor je desetkrát citlivější než předchozí srovnatelné feromagnetické Hallovy senzory a dokáže lépe rozlišit slabý magnetický signál od vlastního „vnitřního šumu“. Zajímavostí je, že senzor je malý a kompaktní, což umožňuje jeho integraci do drobné elektroniky, například do chytrých hodinek.

Tyto typy senzorů fungují na principu detekce nepatrných změn, které nastanou, když elektrický proud prochází magnetickým polem. Jakákoli odchylka elektronů se projeví jako drobná, téměř nepostřehnutelná změna napětí. Čím silnější je magnetické pole, tím větší je tato změna napětí. Hallovy senzory jsou atraktivní, protože jsou malé, levné, polovodičové a snadno integrovatelné do čipů. Problémem však je, že při extrémním zvýšení citlivosti začne samotný magnetický materiál produkovat fluktuace, které se jeví jako skutečný signál, což se projevuje jako šum.

Pro překonání tohoto problému využil společný tým z Hefei Institutes of Physical Science a Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering princip, který nazývají „dynamika spinové textury“. Vědci zjistili, že čím rychleji se tyto magnetické textury vyvíjejí, tím nižší může být nízkofrekvenční šum senzoru. Proto navrhli vícevrstvý magnetický materiál (tzv. syntetický ferimagnet), jehož spinové textury se pohybují obzvláště rychle. To jim umožňuje zachovat silnou Hallovu odezvu na vnější magnetické pole a zároveň výrazně potlačit nežádoucí fluktuace.

Výsledný senzor má aktivní plochu pouhých 20 x 20 mikrometrů (přibližně velikost lidské kožní buňky) a dosáhl detekovatelnosti pole přibližně 15,7 nanotesla/√Hz při 1 Hz. Ačkoli některé zprávy naznačují, že by mohl teoreticky detekovat slabou magnetickou stopu ocelové ponorky až z půl kilometru, samotný tým je ve svých prohlášeních opatrnější. Uvádí, že senzor by mohl najít uplatnění v automobilovém průmyslu, biomedicíně a magnetické mikroskopii.

Mezi konkrétní aplikace patří například extrémně kompaktní magnetické zobrazování srdce, měření mozkových polí, biologické senzory typu „lab-on-chip“ a magnetická mikroskopie s velmi vysokým rozlišením. Autoři výzkumu se domnívají, že základní vztah šumu by měl platit i pro jiné magnetické materiály, a jsou přesvědčeni, že rychlejší spinová dynamika by mohla potenciálně snížit šum ještě výrazněji, což otevírá cestu k dalším inovacím v oblasti magnetických senzorů.