Как материаловеды улучшали отношения магнитосопротивления

Как материаловеды улучшали отношения магнитосопротивления

Датчики магнитного поля способствуют совершенству приложений, требующих эффективного управления электрической энергией. Например, датчики магнитного поля, охватывающие диапазон ниже Пикотесла, позволяют использовать методику измерения активности мозга при комнатной температуре с миллисекундным разрешением. Имеется в виду так называемая магнитная энцефалография — технология сверхпроводящего квантового интерференционного устройства (SQUID), которая требует работы в условиях криогенных температур.

Увеличение отношения магнитосопротивления

Группа исследователей Японского национального института материаловедения Университета Цукуба и LG Japan Lab Inc., рассмотрела возможность увеличения отношения магнитосопротивления. Для измерений обратились к устройству гигантского магнитосопротивления (CPP-GMR) току перпендикулярной плоскости, с использованием сплава полуметалла Гейслера «CoFeAl0.5Si0.5» (CFAS).

Сплав имеет 100% проводимости спин-поляризованных электронов, что обеспечивает очень высокую спиновую асимметрию рассеяния электронов и приводит к значительному коэффициенту магнитосопротивления. Исследовательская группа опубликовала выводы в журнале «AIP Publishing».

Магнитосопротивление – это реакция электрического сопротивления в ответ на внешнее магнитное поле. Параметр, важный для любых применений датчиков магнитного поля. Чтобы усилить чувствительность сенсоров магнитного поля, коэффициент магнитосопротивления (значение, определяемое как изменение электрического сопротивления по отношению к магнитному полю или намагниченности) изначально также увеличивают.

Исследователям удалось продемонстрировать дальнейшее улучшение отношения магнитосопротивления, создав многослойные стёки на основе «CFAS» и серебра. Благодаря точному контролю межфазной шероховатости многослойной структуры, учёные получили антипараллельную межслойную обменную связь между каждым из слоёв «CFAS», вплоть до шести. Так достигли не только высокого отношения магнитосопротивления, но и высокой линейности изменения сопротивления по отношению к магнитному полю.

Предыдущие исследования показали, что полуметаллические сплавы Гейслера хорошо подходят для повышения коэффициента магнитосопротивления в устройствах «CPP-GMR». Ожидается, что сплавы на основе Гейслера позволят создавать считывающие головки жёстких дисков следующего поколения с высокой плотностью записи, превышающей 2 терабит на квадратный дюйм.

Удачно раскрытый потенциал «CPP-GMR»

Нынешняя работа продемонстрировала возможности дальнейшее улучшение отношения магнитосопротивления путём создания многослойной структуры, которая в настоящее время удачно раскрывает потенциал «CPP-GMR» на основе сплавов Гейслера для высокочувствительных датчиков магнитного поля.

Исследовательской группой было изготовлено полностью экситаксиальное устройство на подложке из монокристаллического оксида магния (MgO). Если аналогичное свойство может быть получено в поликристаллическом устройстве, это устройство может стать кандидатом на роль нового датчика магнитного поля. Датчика с большей чувствительностью, чем имеет обычный датчик Холла или туннельный сенсор магнитного сопротивления.


При помощи информации: AIP