美国布朗大学(Brown University)的科学家发明了一种体积微小、敏感度很高的磁力计。研究者称在磁敏免疫分析、量子材料磁场高分辨率成像方面有很好的应用前景。
这项发明的主要研究者之一布朗大学物理系的肖刚(Gang Xiao，译音)说：“我们身边几乎一切都在产生磁场，从电子设备到我们跳动的心脏。通过这些磁场我们可以得到这些系统的信息。我们发明了一种新型磁场感应器，敏感度很高、体积很小，制造成本不高、耗电量不大，有很多潜在用途。”研究人员介绍说，传统的磁力计通过霍尔效应感应磁场。当带电导体与磁场接触的时候，电子发生垂直偏转产生垂直方向上的电压，从而判断磁场的存在。新仪器则基于异常霍尔效应——在磁性材料中，不同自旋方向的电子向不同方向发散，产生微小的电压。新仪器的核心部件是一层由钴、铁和硼原子构成的超薄铁磁膜。多数电子的自旋方向偏好与薄膜平行，称为平面各项异性;当薄膜在强磁场高温炉中处理过后，电子的自旋偏好变为与薄膜垂直，称为垂直各项异性。在两种特性强度平衡的情况下，如果出现外来磁场，电子容易改变它们的自旋方向。这种变化产生的电压能被感应器侦测到。
研究者说，很微弱的磁场都能改变电子的自旋方向，所以这种感应器的敏感度可以达到传统霍尔感应器的二十倍左右。感应器的关键技术在于钴铁硼膜的厚度。太厚了需要较强的磁场才能触发电子的变化，即降低了仪器的敏感度;太薄了电子不稳定，容易自发出现改变，导致仪器失灵。研究人员发现0.9纳米的厚度最合适，相当于四五个原子的厚度。研究组认为这种仪器在医疗领域，进行磁敏免疫分析，检测液体样品中病原体有很好的应用前景。“因为这种感应器很小，我们可以把几千个、几万个感应器放在一块芯片上，这样芯片一次可以检测很多项目。这将让检测更容易、更经济。”另一个用途也是这个研究组一直在开发的磁感应相机，可以对量子材料的磁场进行高精度成像。这有助于研究人员更好的了解这些材料的特性。
“就像普通的相机，我们希望像素越多越好。这种相机上，每个磁感应器就相当于一个像素。感应器要很小，耗能小，因此这种新感应器很适合这项用途。”
这份研究近期发表在《应用物理学快报》(Applied Physics Letters)上。
