За регистриране на магнитните полета се използва ефектът на Хол, но когато полетата станат изключително слаби, сигналът се губи в собствения шум на материала. Китайски учени решиха този проблем, като създадоха нов тип датчик на Хол с рекордно ниско ниво на шум. Използвайки изкуствен феримагнетик с бързи спинови текстури, те са намалили нискочестотния шум почти с един порядък в сравнение с предишните сензори от същия клас. При това размерът на сензора е толкова малък, че може да бъде вграден във всякакви носими устройства (например, смарт часовници) или медицински инструменти.

В датчиците с ефект на Хол токът преминава през тънък слой от магнитен материал. При наличие на външно магнитно поле електроните се отклоняват встрани и по краищата на слоя възниква напречно напрежение. Колкото по-силно е полето, толкова по-голямо е напрежението. Самите магнитни материали обаче не са идеални: в тях съществуват домени, области с различна намагнитеност, които постоянно се колебаят поради топлинните и квантовите ефекти. Тези колебания създават паразитен сигнал, който при много силно усилване заглушава полезния.

Изследователите от Института по физически науки в Хефей и Нинбо са използвали явление, което наричат „спин-текстурна динамика“. Вместо да се опитват да потиснат флуктуациите пасивно (например чрез охлаждане), те са конструирали многослоен магнитен материал, синтетичен феромагнетик, в който спиновите текстури (структурите на магнитните моменти) еволюират много бързо. И са открили: колкото по-бързо се движат тези текстури, толкова по-нисък е нискочестотният шум.

Техническите подробности

Чувствителният елемент на сензора има активна площ от едва 20×20 µm (приблизително колкото една човешка кожна клетка). При честота 1 Hz откриваемостта на полето е около 15,7 nT/√Hz. Това е почти 10 пъти по-добър резултат в сравнение с обикновените феромагнитни датчици на Хол. При това уредът запазва силен отклик към външното поле, тоест чувствителността му не е засегната.Теоретично новият магнитен сензор е способен да засече и съвсем слаб магнитен отпечатък на подводница със стоманен корпус на разстояние до половин километър, съобщава SCMP. Освен очевидните перспективи за приложение на разработката в отбранителната сфера, авторите виждат потенциал за сензорите в автомобилните системи, биомедицината и лабораторните чипове за биологични анализи. Също така те могат да се използват в магнитната микроскопия с висока разделителна способност за изследване на наномагнитни материали.

Според изследователите откритата зависимост (по-бърза динамика, по-малко шум) би трябвало да важи и за други магнитни материали, а не само за техния синтетичен феромагнетик. Те са убедени, че чрез по-нататъшна оптимизация и избор на материали с още по-бърза спинова динамика шумът може да бъде намален значително повече.

Това приближава създаването на свръхчувствителни сензори, които могат да работят при стайна температура, без скъпи системи за охлаждане, и в същото време да бъдат достатъчно компактни за интегриране в носимата електроника, медицински импланти и в миниатюрни дронове.