Magnetiska sensorer spelar en nyckelroll i en mängd olika applikationer, såsom hastighets- och positionsavkänning inom bilindustrin eller i biomedicinska tillämpningar. Inom ramen för Christian Doppler Laboratory "Advanced Magnetic Sensing and Materials" under ledning av Dieter Süss har nya magnetiska sensorer realiserats som överträffar konventionell teknik i prestanda och noggrannhet i ett samarbete mellan universitetet i Wien, Donauuniversitetet Krems och Infineon AG. Forskarna presenterar den nya utvecklingen i det senaste numret av tidskriften Naturelektronik .

Många moderna tekniska tillämpningar är baserade på magnetiska krafter, t.ex. för att flytta komponenter i elfordon eller för att lagra data på hårddiskar. Ändå används magnetfält också som sensorer för att detektera andra magnetfält. Den totala marknaden för magnetfältssensorer baserade på halvledarteknologi uppgår för närvarande till 1 USD 670 miljoner och fortsätter att växa. Inom bilindustrin, till exempel, mer exakta magnetfältssensorer används i ABS-system som kan användas för att detektera däcktrycket. Detta eliminerar behovet av ytterligare trycksensorer i däcken och sparar resurser och kostnader. Användningen av nya magnetoresistiva sensorteknologier såsom anisotrop magnetoresistans, jättemagnetoresistans och tunnelmagnetoresistans drivs främst av deras ökade känslighet och förbättrade integrationsförmåga.

Kärnan i nya magnetfältssensorer är ett mikrostrukturerat ferromagnetiskt tunnfilmselement som kan omvandla magnetiska signaler. Detta så kallade omvandlarelement ändrar sitt elektriska beteende så snart ett magnetfält appliceras från utsidan; de atomära "kompassnålarna, "atommagnetiska dipoler, är ominriktade och ändrar sålunda det elektriska motståndet hos transduktorelementet. Detta beteende används för att bestämma magnetfälten.

Dock, prestandan hos dessa sensorer är avsevärt begränsad av ett antal faktorer. Det fysiska ursprunget och de grundläggande gränserna har analyserats i detalj av ett team ledd av Dieter Süss i ett samarbete mellan universitetet i Wien, Donauuniversitetet Krems och Infineon AG inom ramen för Christian Doppler Laboratory "Advanced Magnetic Sensing and Materials." De publicerade nyligen resultaten av sina undersökningar och konkreta förslag på lösningar i tidskriften Naturelektronik .

Med hjälp av datorsimuleringar som har validerats genom experiment, forskarna visade att både interferenssignaler, magnetiskt brus och hysteres, kan reduceras avsevärt genom att omforma transduktorelementet. I den nya designen, de atomära magnetiska dipolerna hos transduktorelementet är inriktade i en cirkel runt ett centrum, liknar en orkan. Ett externt applicerat magnetfält ändrar positionen för mitten av denna virvel, vilket i sin tur leder direkt till en förändring av det elektriska motståndet. "Denna utveckling visar den första massapplikationen av magnetiska virvelstrukturer och en betydande förbättring jämfört med konventionella magnetiska sensorer, " säger projektledaren Dieter Süss. Forskningsprojektet är ett utmärkt exempel där grundforskning och rent vetenskapliga frågor, såsom beteendet hos magnetiska virvelstrukturer i externa magnetfält, kan leda till extremt framgångsrika ansökningar. "Förutsättningen för detta är ett samarbete mellan vetenskap och industri, varvid industrin tillhandahåller både praktiskt relevanta frågor och tekniska faciliteter såsom rena rum för förverkligandet av dessa komplexa teknologier, säger Süss om denna viktiga synergi.