I sensori di campo magnetico possono migliorare le applicazioni che richiedono una gestione efficiente dell'energia elettrica. Il miglioramento dei sensori di campo magnetico al di sotto della gamma picoTesla potrebbe consentire una tecnica per misurare l'attività cerebrale a temperatura ambiente con una risoluzione di millisecondi, chiamata encefalografia magnetica, senza la tecnologia dei dispositivi a interferenza quantistica superconduttiva (SQUID), che richiede temperature criogeniche per funzionare.
Un gruppo di ricercatori del National Institute of Materials Science del Giappone presso l'Università di Tsukuba e LG Japan Lab Inc. ha esplorato il miglioramento del rapporto di magnetoresistenza in un dispositivo a magnetoresistenza gigante (CPP-GMR) corrente perpendicolare al piano utilizzando un mezzo metallico Lega Heusler CoFeAl0.5Si0.5 (CFAS). La lega ha il 100% di elettroni di conduzione con spin polarizzato, che consente un'asimmetria di spin molto elevata della diffusione degli elettroni e si traduce in un grande rapporto di magnetoresistenza. Riportano i loro risultati nel Rivista di fisica applicata .
La magnetoresistenza, una variazione della resistenza elettrica in risposta a un campo magnetico applicato esternamente, è importante per tutte le applicazioni dei sensori di campo magnetico. Per aumentare la sensibilità dei sensori di campo magnetico, il loro rapporto di magnetoresistenza (un valore definito come variazione della resistenza elettrica contro il campo magnetico o magnetizzazione) deve essere prima aumentato.
"Siamo stati in grado di dimostrare un ulteriore miglioramento del rapporto di magnetoresistenza realizzando pile multistrato di CFAS e argento (Ag), " disse Yuya Sakuraba, leader del Magnet Materials Group al NIMS. "Controllando con precisione la rugosità interfacciale dei multistrati, abbiamo ottenuto un accoppiamento di scambio interstrato antiparallelo tra ciascuno degli strati CFAS, fino a sei, e ha ottenuto non solo un elevato rapporto di magnetoresistenza, ma anche un'elevata linearità della variazione di resistenza contro il campo magnetico."
Precedenti studi hanno dimostrato che le leghe Heusler semimetalliche sono adatte per migliorare il rapporto di magnetoresistenza nei dispositivi CPP-GMR. "Si prevede che le leghe a base di Heusler diventeranno la testina di lettura di prossima generazione per i dischi rigidi con un'elevata densità di registrazione dell'area superiore a 2 terabit per pollice quadrato, " disse Sakuraba.
"E il nostro lavoro ha dimostrato che è possibile un ulteriore miglioramento del rapporto di magnetoresistenza creando una struttura multistrato, che ora apre davvero il potenziale del CPP-GMR basato su Heusler per applicazioni di sensori di campo magnetico altamente sensibili, Sakuraba ha continuato a spiegare.
I ricercatori hanno fabbricato un dispositivo completamente epitassiale su un singolo substrato di ossido di magnesio cristallino (MgO). Se una proprietà simile può essere ottenuta in un dispositivo policristallino, potrebbe diventare un candidato per un nuovo sensore di campo magnetico con una maggiore sensibilità rispetto a un sensore Hall convenzionale o a un sensore di magnetoresistenza a tunnel.
