Magnetische veldsensoren kunnen toepassingen verbeteren die een efficiënt beheer van elektrische energie vereisen. Het verbeteren van magnetische veldsensoren onder het picoTesla-bereik zou een techniek mogelijk maken om hersenactiviteit bij kamertemperatuur te meten met een resolutie van milliseconden - magnetische encefalografie genoemd - zonder supergeleidende kwantuminterferentieapparaat (SQUID) -technologie, waarvoor cryogene temperaturen nodig zijn om te werken.

Een groep onderzoekers van het Japanse National Institute of Materials Science aan de University of Tsukuba en LG Japan Lab Inc. onderzochten het verbeteren van de magnetoweerstandsverhouding in een stroom-loodrecht-op-vlak gigantische magnetoweerstand (CPP-GMR) apparaat met behulp van een halfmetalen Heusler CoFeAl0.5Si0.5 (CFAS) legering. De legering heeft 100 procent spin-gepolariseerde geleidingselektronen, wat een zeer hoge spinasymmetrie van elektronenverstrooiing mogelijk maakt en resulteert in een grote magnetoweerstandsverhouding. Ze rapporteren hun bevindingen in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

Magnetoweerstand - een variatie van elektrische weerstand als reactie op een extern aangelegd magnetisch veld - is belangrijk voor alle toepassingen van magnetische veldsensoren. Om de gevoeligheid van magneetveldsensoren te vergroten, hun magnetoweerstandsverhouding (een waarde gedefinieerd als elektrische weerstandsverandering tegen magnetisch veld of magnetisatie) moet eerst worden verhoogd.

"We waren in staat om een ​​verdere verbetering van de magnetoweerstandsverhouding aan te tonen door meerlagige stapels van CFAS en zilver (Ag) te maken, " zei Yuya Sakuraba, leider van de Magnet Materials Group bij NIMS. "Door de grensvlakruwheid van de meerlagen nauwkeurig te regelen, we hebben een antiparallelle tussenlaaguitwisselingskoppeling verkregen tussen elk van de CFAS-lagen, tot zes, en bereikte niet alleen een hoge magnetoweerstandsverhouding, maar ook een hoge lineariteit van weerstandsverandering tegen het magnetische veld."

Eerdere studies hebben aangetoond dat halfmetalen Heusler-legeringen zeer geschikt zijn om de magnetoweerstandsverhouding in CPP-GMR-apparaten te verbeteren. "Heusler-gebaseerde legeringen zullen naar verwachting de volgende generatie leeskop zijn voor harde schijven met een hoge opnamedichtheid van meer dan 2 terabit per vierkante inch, ' zei Sakuraba.

"En ons werk heeft aangetoond dat verdere verbetering van de magnetoweerstandsverhouding mogelijk is door een meerlaagse structuur te creëren, wat nu echt het potentieel opent van op Heusler gebaseerde CPP-GMR voor zeer gevoelige magnetische veldsensortoepassingen, " Sakuraba ging verder met uitleggen.

De onderzoekers fabriceerden een volledig expitaxiaal apparaat op een monokristallijn magnesiumoxide (MgO) substraat. Als een vergelijkbare eigenschap kan worden verkregen in een polykristallijn apparaat, het kan een kandidaat worden voor een nieuwe magneetveldsensor met een grotere gevoeligheid dan een conventionele Hall-sensor of tunnelmagnetoweerstandssensor.