Forbedring af magnetresistensforhold i Heusler-baseret legering

Magnetfeltsensorer kan forbedre applikationer, der kræver effektiv elektrisk energistyring. Forbedring af magnetfeltsensorer under picoTesla -området kan muliggøre en teknik til at måle hjerneaktivitet ved stuetemperatur med millisekundopløsning - kaldet magnetisk encefalografi - uden superledende kvanteinterferensanordning (SQUID) teknologi, hvilket kræver kryogene temperaturer for at fungere.

En gruppe forskere fra Japans National Institute of Materials Science ved University of Tsukuba og LG Japan Lab Inc. undersøgte forbedring af magnetoresistensforholdet i en strøm-vinkelret-til-plan kæmpe magnetoresistens (CPP-GMR) enhed ved at bruge en halvmetallisk Heusler CoFeAl0.5Si0.5 (CFAS) legering. Legeringen har 100 procent spin-polariserede ledningselektroner, hvilket muliggør meget høj spin-asymmetri af elektronspredning og resulterer i et stort magnetoresistensforhold. De rapporterer deres fund i Journal of Applied Physics .

Magnetoresistans - en variation af elektrisk modstand som reaktion på et eksternt påført magnetfelt - er vigtigt for alle anvendelser af magnetfeltsensorer. For at øge følsomheden af ​​magnetfeltsensorer, deres magnetoresistensforhold (en værdi defineret som elektrisk modstandsændring mod magnetfelt eller magnetisering) skal først øges.

"Vi var i stand til at demonstrere yderligere forbedring af magnetoresistansforholdet ved at lave flere lag stakke af CFAS og sølv (Ag), "sagde Yuya Sakuraba, leder af Magnet Materials Group på NIMS. "Ved præcist at kontrollere grænsefladen i flere lag, vi opnåede antiparallel mellemlagsudvekslingskobling mellem hvert af CFAS-lagene, op til seks, og opnåede ikke kun et højt magnetoresistansforhold, men også høj linearitet af modstandsændringer mod magnetfeltet. "

Tidligere undersøgelser viste, at halvmetalliske Heusler-legeringer er velegnede til at forbedre magnetoresistansforholdet i CPP-GMR-enheder. "Heusler-baserede legeringer forventes at være næste generations læsehoved til harddiske med høj arealoptagelsestæthed over 2 terabit pr. " sagde Sakuraba.

"Og vores arbejde har vist, at yderligere forbedring af magnetoresistansforholdet er muligt ved at skabe en flerlagsstruktur, som nu virkelig åbner potentialet for Heusler-baserede CPP-GMR til meget følsomme magnetfeltsensorapplikationer, "Sakuraba forklarede videre.

Forskerne fremstillede en fuldt ekspitaksial enhed på et enkelt krystallinsk magnesiumoxid (MgO) -substrat. Hvis en lignende egenskab kan opnås i en polykrystallinsk enhed, det kan blive en kandidat til en ny magnetfeltsensor med en større følsomhed end en konventionel Hall -sensor eller tunnelmagnetoresistancesensor.