Китайские исследователи разработали сверхчувствительный магнитный датчик, который сочетает низкий уровень собственных помех с микроскопическими размерами. Активная область устройства занимает всего 20х20 микрометров — разработчики сравнивают ее размеры с клеткой человеческой кожи.
Над технологией работали специалисты Хэфэйского института физических наук и Нинбоского института материаловедения и инженерии. В основе разработки лежит эффект Холла, позволяющий определять магнитное поле по изменению напряжения внутри проводящего материала. Одной из основных проблем подобных датчиков остается собственный магнитный шум. При повышении чувствительности внутренние флуктуации материала становится все сложнее отличить от действительно регистрируемого внешнего сигнала.
Исследователи нашли способ уменьшить эти помехи за счет управления динамикой так называемых спиновых текстур — микроскопических структур намагниченности внутри материала. Ученые создали многослойный синтетический ферримагнетик, в котором такие структуры изменяются особенно быстро. Это позволило сохранить сильный эффект Холла и одновременно значительно снизить низкочастотный шум. В результате обнаружительная способность экспериментального датчика достигла примерно 15,7 нанотесла/√Гц при частоте 1 Гц. По данным исследователей, это почти на порядок превосходит показатели сопоставимых ферромагнитных датчиков Холла.
Небольшие размеры устройства открывают достаточно широкий спектр потенциальных применений. Разработчики рассматривают его использование для измерения слабых магнитных полей сердца и головного мозга, создания компактных биологических сенсоров и магнитных микроскопов высокого разрешения. В перспективе подобные датчики можно будет интегрировать и в носимую электронику, включая умные часы.
Высокая чувствительность теоретически позволяет использовать технологию и для обнаружения значительно более крупных объектов по создаваемым ими магнитным возмущениям. Однако сами авторы исследования делают основной акцент именно на медицинских, научных и электронных устройствах.
Исследователи также считают, что найденный ими способ подавления шума можно применить к другим магнитным материалам. Это может стать основой для следующего поколения еще более компактных и чувствительных магнитных сенсоров.
