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基于磁涡流结构的高性能磁传感器实现
时间:2020/11/23 8:15:11 浏览:829
磁传感器在各种应用中发挥着关键作用,例如在汽车工业或生物医学应用中速度和位置传感。在由迪特尔·苏斯领导的基督教多普勒实验室“先进磁性传感与材料”的框架下,维也纳大学、多瑙河大学克雷姆斯和英飞凌公司合作开发的新型磁性传感器在性能和准确度上超过了传统技术。研究人员在最新一期的《自然电子》杂志上介绍了这一新进展。许多现代技术的应用是基于磁力的,例如移动电动汽车的部件或在硬盘上存储数据。然而磁场也被用作探测其他磁场的传感器。

一种磁传感器,其中磁传感器元件具有涡流状态,基于半导体技术的磁场传感器的总市场目前为1670万美元,而且还在继续增长。例如,在汽车工业中,ABS系统中使用了更精确的磁场传感器,可以用来检测轮胎压力。这就无需在轮胎中安装额外的压力传感器,从而节约了资源和成本。采用各向异性磁阻、巨磁阻和隧道磁阻等新型磁阻传感器技术,主要是由于其灵敏度的提高和集成能力的提高。新型磁场传感器的核心是一种可转换磁信号的微结构铁磁薄膜元件。这种所谓的换能器元件一旦从外部施加磁场就会改变其电行为;原子的“罗盘针”,即原子磁偶极,被重新排列,从而改变了传感器元件的电阻。这种行为被用来确定磁场。

然而,这些传感器的性能受到许多因素的限制。维也纳大学、多瑙河大学、克雷姆斯和英飞凌公司在基督教多普勒实验室“先进磁传感与材料”的框架下,由迪特·苏斯领导的一个小组详细分析了物理起源和基本极限。在《自然电子》杂志上发表了调查结果和解决方案的具体建议。通过实验验证的计算机仿真表明,通过重新设计换能器元件,可以显著降低干扰信号、磁噪声和磁滞。在新的设计中,换能器元件的原子磁偶极排列成一个围绕中心的圆形,类似于飓风。外部施加的磁场改变了涡流中心的位置,而这又直接导致了电阻的变化。

涡旋中心的位置与所施加的磁场成正比,是可再现的、精确的测量变量。
该项目负责人迪特尔·苏斯说:这一进展显示了磁涡流结构的首次大规模应用,并比传统的磁传感器有了重大改进。该研究项目是一个很好的例子,基础研究和纯粹的科学问题,如磁场中磁涡流结构的行为,可以导致非常成功的应用。萨斯谈到这一重要协同作用时说:实现这一目标的先决条件是科学与工业之间的合作。在这种合作中,科学与工业为这些复杂技术的实现提供了实际相关的问题和技术设施,如洁净室等。

博科园-科学科普|参考期刊:Nature Electronics|来自:维也纳大学