Magnetische sensoren spelen een sleutelrol in tal van toepassingen, zoals snelheids- en positiedetectie in de auto-industrie of in biomedische toepassingen. In het kader van het Christian Doppler-laboratorium "Advanced Magnetic Sensing and Materials" onder leiding van Dieter Süss zijn nieuwe magnetische sensoren gerealiseerd die conventionele technologieën in prestaties en nauwkeurigheid overtreffen in een samenwerking tussen de Universiteit van Wenen, de Donau Universiteit Krems en Infineon AG. De onderzoekers presenteren de nieuwe ontwikkeling in het nieuwste nummer van het tijdschrift Natuur Elektronica .

Veel moderne technologische toepassingen zijn gebaseerd op magnetische krachten, bijv. om componenten in elektrische voertuigen te verplaatsen of om gegevens op harde schijven op te slaan. Toch worden magnetische velden ook gebruikt als sensoren om andere magnetische velden te detecteren. De totale markt voor magneetveldsensoren op basis van halfgeleidertechnologie bedraagt ​​momenteel 1 dollar. 670 miljoen en blijft groeien. In de auto-industrie, bijvoorbeeld, In ABS-systemen worden nauwkeurigere magneetveldsensoren gebruikt die kunnen worden gebruikt om de bandenspanning te detecteren. Dit elimineert de noodzaak voor extra druksensoren in de banden en bespaart middelen en kosten. Het gebruik van nieuwe magnetoresistieve sensortechnologieën zoals anisotrope magnetoweerstand, gigantische magnetoweerstand en tunnelmagnetoweerstand wordt voornamelijk aangedreven door hun verhoogde gevoeligheid en verbeterde integratiemogelijkheden.

De kern van nieuwe magnetische veldsensoren is een microgestructureerd ferromagnetisch dunnefilmelement dat magnetische signalen kan omzetten. Dit zogenaamde transducerelement verandert van elektrisch gedrag zodra er van buitenaf een magnetisch veld wordt aangelegd; de atomaire "kompasnaalden, " de atomaire magnetische dipolen, worden opnieuw uitgelijnd en veranderen zo de elektrische weerstand van het transducerelement. Dit gedrag wordt gebruikt om de magnetische velden te bepalen.

Echter, de prestaties van deze sensoren worden aanzienlijk beperkt door een aantal factoren. De fysieke oorsprong en fundamentele limieten zijn in detail geanalyseerd door een team onder leiding van Dieter Süss in een samenwerking tussen de Universiteit van Wenen, de Donau University Krems en Infineon AG in het kader van het Christian Doppler Laboratory "Advanced Magnetic Sensing and Materials". Onlangs publiceerden ze de resultaten van hun onderzoek en concrete voorstellen voor oplossingen in het tijdschrift Natuur Elektronica .

Door middel van computersimulaties die door experimenten zijn gevalideerd, toonden de wetenschappers aan dat zowel interferentiesignalen, magnetische ruis en hysterese, kan aanzienlijk worden verminderd door het transducerelement opnieuw te ontwerpen. In het nieuwe ontwerp is de atomaire magnetische dipolen van het transducerelement zijn uitgelijnd in een cirkel rond een middelpunt, vergelijkbaar met een orkaan. Een extern aangelegd magnetisch veld verandert de positie van het centrum van deze vortex, wat op zijn beurt direct leidt tot een verandering in de elektrische weerstand. "Deze ontwikkeling toont de eerste massale toepassing van magnetische vortexstructuren en een significante verbetering ten opzichte van conventionele magnetische sensoren, ", zegt projectleider Dieter Süss. Het onderzoeksproject is een uitstekend voorbeeld waar fundamenteel onderzoek en puur wetenschappelijke vragen, zoals het gedrag van magnetische vortexstructuren in externe magnetische velden, kan leiden tot zeer succesvolle toepassingen. “Voorwaarde hiervoor is een samenwerking tussen wetenschap en industrie, waarbij de industrie zowel de praktisch relevante vragen als technische voorzieningen zoals cleanrooms voor de realisatie van deze complexe technologieën levert, " zegt Süss over deze belangrijke synergie.