Realisering af højtydende magnetiske sensorer på grund af magnetiske hvirvelstrukturer

Magnetiske sensorer spiller en nøglerolle i en række forskellige applikationer, såsom hastigheds- og positionsmåling i bilindustrien eller i biomedicinske applikationer. Inden for rammerne af Christian Doppler Laboratory "Advanced Magnetic Sensing and Materials" under ledelse af Dieter Süss er nye magnetiske sensorer blevet realiseret, der overgår konventionelle teknologier i ydeevne og nøjagtighed i et samarbejde mellem universitetet i Wien, Donau -universitetet Krems og Infineon AG. Forskerne præsenterer den nye udvikling i det seneste nummer af tidsskriftet Naturelektronik .

Mange moderne teknologiske anvendelser er baseret på magnetiske kræfter, f.eks. at flytte komponenter i elektriske køretøjer eller til at gemme data på harddiske. Alligevel bruges magnetfelter også som sensorer til at detektere andre magnetfelter. Det samlede marked for magnetfeltsensorer baseret på halvlederteknologi udgør i øjeblikket USD 1, 670 millioner og vokser fortsat. I bilindustrien, for eksempel, mere præcise magnetfeltsensorer bruges i ABS -systemer, som kan bruges til at detektere dæktrykket. Dette eliminerer behovet for ekstra trykfølere i dækkene og sparer ressourcer og omkostninger. Anvendelse af nye magnetoresistive sensorteknologier såsom anisotrop magnetoresistans, kæmpe magnetoresistans og tunnelmagnetoresistens er primært drevet af deres øgede følsomhed og forbedrede integrationsevne.

Kernen i nye magnetfeltsensorer er et mikrostruktureret ferromagnetisk tyndfilmelement, der kan konvertere magnetiske signaler. Dette såkaldte transducerelement ændrer sin elektriske adfærd, så snart et magnetfelt påføres udefra; de atomare "kompasnåle, "de atomiske magnetiske dipoler, er justeret og ændrer dermed transducerelementets elektriske modstand. Denne adfærd bruges til at bestemme magnetfelterne.

Imidlertid, ydelsen af ​​disse sensorer er betydeligt begrænset af en række faktorer. Den fysiske oprindelse og de grundlæggende grænser er blevet detaljeret analyseret af et team ledet af Dieter Süss i et samarbejde mellem universitetet i Wien, Donau -universitetet Krems og Infineon AG inden for rammerne af Christian Doppler -laboratoriet "Advanced Magnetic Sensing and Materials." De offentliggjorde for nylig resultaterne af deres undersøgelser og konkrete forslag til løsninger i tidsskriftet Naturelektronik .

Ved hjælp af computersimuleringer, der er blevet valideret ved forsøg, forskerne viste, at begge interferenssignaler, magnetisk støj og hysterese, kan reduceres betydeligt ved at redesigne transducerelementet. I det nye design, transducerelementets atommagnetiske dipoler er justeret i en cirkel omkring et center, ligner en orkan. Et eksternt påført magnetfelt ændrer placeringen af ​​midten af ​​denne hvirvel, hvilket igen fører direkte til en ændring i den elektriske modstand. "Denne udvikling viser den første masseapplikation af magnetiske hvirvelstrukturer og en betydelig forbedring i forhold til konventionelle magnetiske sensorer, "siger projektleder Dieter Süss. Forskningsprojektet er et glimrende eksempel, hvor grundforskning og rent videnskabelige spørgsmål, såsom opførsel af magnetiske hvirvelstrukturer i eksterne magnetfelter, kan føre til yderst vellykkede applikationer. "Forudsætningen for dette er et samarbejde mellem videnskab og industri, hvorved industrien stiller både de praktisk relevante spørgsmål til rådighed samt tekniske faciliteter såsom rene lokaler til realisering af disse komplekse teknologier, "siger Süss om denne vigtige synergi.