磁场传感器大显身手之际

材料牛注：GMR（巨磁阻效应）的发现由来已久，而利用这种效应做成的磁性传感器在交通工具上用作转速监测传感器的历史也不短了。但技术永无止境，最近德国的研究人员希望这种传感器的性能可以再上一层楼，并具有更好的环境适应性。于是他们改进了这种传感器的构造，并有针对性的进行了性能检测及应用场景设计。

DESY（Deutsches Elektronen-Synchrotron）的科学家最近发现的一项技术为制造新一代磁场传感器铺平了道路。他们的技术能使原先在传统应用中受到限制的传感器的功能得到增强，并因此使传感器能被应用于更多场合中。在Advanced Functional Materials中，研究人员公布了他们的详细实验步骤。

磁场传感器，更准确地说，磁阻传感器，是一种在日常生活中随处可见的小型、高效、灵敏的传感器。在汽车中，它们被应用于监测车轮转速并将信息提供给ABS和ESP系统；在手机上，它们读取硬盘上的数据；此外，它们还被应用于检查金属材料中的损伤。如此多样的应用场合要求该类传感器根据不同环境需求随时进行调整。

磁阻传感器具有微观层级结构，由纳米尺度的可变磁层与非磁层共同组成。当作用在这种多层结构上的磁场发生变化时，其电阻也随之发生变化。虽然诺贝尔奖得主Albert Fert和Peter Grünberg发现的巨磁阻效应在传感器领域已经掀起了一场革命，但仍存在一个问题：促发磁阻发生转变的磁场强度是基本固定的。

DESY的研究人员已研发出一系列步骤，首次可使磁阻传感器的性质受到控制。这些处理步骤令可促使磁性层发生变化的磁场强度得到精确的控制。除此之外，磁化方向的趋向，也叫易磁化轴，同样可被任意调整。这样产生的结果是，该新型传感器的很多性质都可以通过特定步骤得到直接调节。

文章的主要作者，DESY里的Kai Schlage博士说：“在这之前，人们在应用传感器时不得不受到环境的限制，而现在，我们可以根据根据环境对传感器作出适应性调整。”

这项改进技术的建立基于斜入相沉积（OID）手段。这种单层材料处理手段可以在各种基底材料上对磁性材料进行修饰。沉积的角度同样可在大范围内进行精确调整，并提供了一种简单的途径在0.5毫特斯拉到50特斯拉范围内选择促发磁阻效应的磁场强度，这个磁场强度范围恰好跟地磁场自身强度范围相近。

DESY的研究人员发现上述处理步骤不止可用于单层材料上，还可被创造性地运用于极多层结构系统上，由此显著增强了多层磁性结构系统设计的灵活性和功能性。研究人员为此在真空中特意制造了一些此类结构。物理学家们之后利用DESY的同步加速器辐射源PETRA III进行了一项实验，以精确测量其中各层的磁性相关性质，希望借此证明OID足以制造任意复杂程度的结构，并同时保证极高的精确度。

对于磁性传感器而言，这意味着在沿用跟以往相同的材料及厚度标准情况下，制造出的微观层堆结构却拥有完全不同新特性质。

“我们的处理手段使传感器传递的信息更精确及易于处理，因此转速检测比往昔有了很大进步，明显地改善了交通工具引擎控制系统的安全性能，特别是处于极端情况时。”研究组组长Ralf Röhlsberger教授说道。

该研究团队已经为这项技术设计了一些应用场景，并在努力发掘其在工业界联营企业所蕴含的商业价值。

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DESY，全称Deutsches Elektronen-Synchrotron，是德国领先的加速研究中心。作为德国亥姆霍兹研究中心联合会的成员之一，它受德国联邦教育与研究部（BMBF，占90%）、汉堡和勃兰登堡两州（占10%）的资助。临近柏林，坐落于汉堡措伊滕的DESY在此地修建运行了一个大型粒子加速器，以此研究物质结构。DESY的光子科学和粒子物理在欧洲都是非常领先的。

原文链接：Magnetic sensors made to measure。

文献链接：Spin-Structured Multilayers: A New Class of Materials for Precision Spintronics。

本文由编辑部丁菲菲提供素材，梁嘉豪编译， 点我加入材料人编辑部。