Magnetfältssensorer kan förbättra applikationer som kräver effektiv hantering av elektrisk energi. Förbättring av magnetfältssensorer under picoTesla -intervallet kan möjliggöra en teknik för att mäta hjärnaktivitet vid rumstemperatur med upplösning på millisekunder - kallad magnetisk encefalografi - utan supraledande teknik för kvantinterferens (SQUID), vilket kräver kryogena temperaturer för att fungera.

En grupp forskare från Japans National Institute of Materials Science vid University of Tsukuba och LG Japan Lab Inc. undersökte förbättringen av magnetoresistansförhållandet i en ström-vinkelrätt-till-planet jätte magnetoresistans (CPP-GMR) enhet med hjälp av ett halvmetalliskt Heusler CoFeAl0.5Si0.5 (CFAS) legering. Legeringen har 100 procent spinnpolariserade ledningselektroner, vilket möjliggör mycket hög snurr-asymmetri för elektronspridning och resulterar i ett stort magnetoresistansförhållande. De rapporterar sina fynd i Journal of Applied Physics .

Magnetoresistans - en variation av elektrisk motstånd som svar på ett externt applicerat magnetfält - är viktigt för alla magnetfältssensorapplikationer. För att öka känsligheten hos magnetfältssensorer, deras magnetoresistansförhållande (ett värde definierat som förändring av elektrisk motstånd mot magnetfält eller magnetisering) måste först ökas.

"Vi kunde visa ytterligare förbättring av magnetoresistansförhållandet genom att göra flera lager staplar av CFAS och silver (Ag), "sa Yuya Sakuraba, ledare för Magnet Materials Group vid NIMS. "Genom att exakt kontrollera gränsytans grovhet i flerskikten, vi erhöll antiparallell utbyteskoppling mellan vart och ett av CFAS -skikten, upp till sex, och uppnådde inte bara ett högt magnetoresistansförhållande utan också hög linjäritet av motståndsförändring mot magnetfältet. "

Tidigare studier visade att halvmetalliska Heusler-legeringar är väl lämpade för att förbättra magnetoresistansförhållandet i CPP-GMR-enheter. "Heuslerbaserade legeringar förväntas bli nästa generations läshuvud för hårddiskar med hög arealinspelningstäthet över 2 terabit per kvadrattum, Sa Sakuraba.

"Och vårt arbete har visat att ytterligare förbättring av magnetoresistansförhållandet är möjligt genom att skapa en flerlagersstruktur, som nu verkligen öppnar potentialen för Heusler-baserade CPP-GMR för mycket känsliga applikationer för magnetfältssensorer, "Sakuraba fortsatte med att förklara.

Forskarna tillverkade en helt expitaxial enhet på ett enda kristallint magnesiumoxid (MgO) -substrat. Om en liknande egenskap kan erhållas i en polykristallin enhet, den kan bli en kandidat för en ny magnetfältssensor med större känslighet än en vanlig Hall -sensor eller tunnelmagnetoresistanssensor.