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磁傳感器在各種應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，例如在汽車工業(yè)或生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中速度和位置傳感。在由迪特爾·蘇斯領(lǐng)導(dǎo)的基督教多普勒實(shí)驗(yàn)室“先進(jìn)磁性傳感與材料”的框架下，維也納大學(xué)、多瑙河大學(xué)克雷姆斯和英飛凌公司合作開發(fā)的新型磁性傳感器在性能和準(zhǔn)確度上超過了傳統(tǒng)技術(shù)。研究人員在一期的《自然電子》雜志上介紹了這一新進(jìn)展。許多現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用是基于磁力的，例如移動(dòng)電動(dòng)汽車的部件或在硬盤上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。然而磁場(chǎng)也被用作探測(cè)其他磁場(chǎng)的傳感器。

一種磁傳感器，其中磁傳感器元件具有渦流狀態(tài)，圖片：Dieter Suess et al

基于半導(dǎo)體技術(shù)的磁場(chǎng)傳感器的總市場(chǎng)目前為1670萬美元，而且還在繼續(xù)增長(zhǎng)。例如，在汽車工業(yè)中，ABS系統(tǒng)中使用了更精確的磁場(chǎng)傳感器，可以用來檢測(cè)輪胎壓力。這就無需在輪胎中安裝額外的壓力傳感器，從而節(jié)約了資源和成本。采用各向異性磁阻、巨磁阻和隧道磁阻等新型磁阻傳感器技術(shù)，主要是由于其靈敏度的提高和集成能力的提高。新型磁場(chǎng)傳感器的核心是一種可轉(zhuǎn)換磁信號(hào)的微結(jié)構(gòu)鐵磁薄膜元件。這種所謂的換能器元件一旦從外部施加磁場(chǎng)就會(huì)改變其電行為;原子的“羅盤針”，即原子磁偶極，被重新排列，從而改變了傳感器元件的電阻。這種行為被用來確定磁場(chǎng)。

然而，這些傳感器的性能受到許多因素的限制。維也納大學(xué)、多瑙河大學(xué)、克雷姆斯和英飛凌公司在基督教多普勒實(shí)驗(yàn)室“先進(jìn)磁傳感與材料”的框架下，由迪特·蘇斯領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組詳細(xì)分析了物理起源和基本極限。在《自然電子》雜志上發(fā)表了調(diào)查結(jié)果和解決方案的具體建議。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的計(jì)算機(jī)仿真表明，通過重新設(shè)計(jì)換能器元件，可以顯著降低干擾信號(hào)、磁噪聲和磁滯。在新的設(shè)計(jì)中，換能器元件的原子磁偶極排列成一個(gè)圍繞中心的圓形，類似于颶風(fēng)。外部施加的磁場(chǎng)改變了渦流中心的位置，而這又直接導(dǎo)致了電阻的變化。

渦旋中心的位置與所施加的磁場(chǎng)成正比，是可再現(xiàn)的、精確的測(cè)量變量。圖片：Dieter Suess et al.

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人迪特爾·蘇斯說：這一進(jìn)展顯示了磁渦流結(jié)構(gòu)的大規(guī)模應(yīng)用，并比傳統(tǒng)的磁傳感器有了重大改進(jìn)。該研究項(xiàng)目是一個(gè)很好的例子，基礎(chǔ)研究和純粹的科學(xué)問題，如磁場(chǎng)中磁渦流結(jié)構(gòu)的行為，可以導(dǎo)致非常成功的應(yīng)用。薩斯談到這一重要協(xié)同作用時(shí)說：實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的先決條件是科學(xué)與工業(yè)之間的合作。在這種合作中，科學(xué)與工業(yè)為這些復(fù)雜技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了實(shí)際相關(guān)的問題和技術(shù)設(shè)施，如潔凈室等。

博科園-科學(xué)科普｜參考期刊：Nature Electronics｜來自：維也納大學(xué)