Un capteur magnétique dans lequel l'élément transducteur magnétique a un état de vortex. Crédit :Dieter Suess et al
Les capteurs magnétiques jouent un rôle clé dans une variété d'applications, telles que la détection de vitesse et de position dans l'industrie automobile ou dans les applications biomédicales. Dans le cadre du laboratoire Christian Doppler "Advanced Magnetic Sensing and Materials" dirigé par Dieter Süss, de nouveaux capteurs magnétiques ont été réalisés qui surpassent les technologies conventionnelles en termes de performances et de précision dans le cadre d'une coopération entre l'Université de Vienne, l'Université du Danube Krems et Infineon AG. Les chercheurs présentent le nouveau développement dans le dernier numéro de la revue Nature Électronique .
De nombreuses applications technologiques modernes sont basées sur les forces magnétiques, par exemple. pour déplacer des composants dans des véhicules électriques ou pour stocker des données sur des disques durs. Pourtant, les champs magnétiques sont également utilisés comme capteurs pour détecter d'autres champs magnétiques. Le marché total des capteurs de champ magnétique basés sur la technologie des semi-conducteurs s'élève actuellement à 1 USD. 670 millions et continue de croître. Dans l'industrie automobile, par exemple, des capteurs de champ magnétique plus précis sont utilisés dans les systèmes ABS qui peuvent être utilisés pour détecter la pression des pneus. Cela élimine le besoin de capteurs de pression supplémentaires dans les pneus et économise des ressources et des coûts. L'utilisation de nouvelles technologies de capteurs magnétorésistifs telles que la magnétorésistance anisotrope, La magnétorésistance géante et la magnétorésistance tunnel sont principalement dues à leur sensibilité accrue et à leur capacité d'intégration améliorée.
Le cœur des nouveaux capteurs de champ magnétique est un élément à couche mince ferromagnétique microstructuré capable de convertir des signaux magnétiques. Cet élément dit transducteur change de comportement électrique dès qu'un champ magnétique est appliqué de l'extérieur; les "aiguilles de boussole atomiques, " les dipôles magnétiques atomiques, sont réalignés et modifient ainsi la résistance électrique de l'élément transducteur. Ce comportement est utilisé pour déterminer les champs magnétiques.
La position du centre du vortex est proportionnelle au champ magnétique appliqué et sert de variable de mesure reproductible et précise. Crédit :Dieter Suess et al.
Cependant, les performances de ces capteurs sont considérablement limitées par un certain nombre de facteurs. L'origine physique et les limites fondamentales ont été analysées en détail par une équipe dirigée par Dieter Süss dans une coopération entre l'Université de Vienne, l'Université du Danube Krems et Infineon AG dans le cadre du Christian Doppler Laboratory "Advanced Magnetic Sensing and Materials". Ils ont récemment publié les résultats de leurs investigations et des propositions concrètes de solutions dans la revue Nature Électronique .
Grâce à des simulations informatiques validées expérimentalement, les scientifiques ont montré que les deux signaux d'interférence, bruit magnétique et hystérésis, peut être considérablement réduit en redessinant l'élément transducteur. Dans la nouvelle conception, les dipôles magnétiques atomiques de l'élément transducteur sont alignés en cercle autour d'un centre, semblable à un ouragan. Un champ magnétique appliqué de l'extérieur modifie la position du centre de ce vortex, ce qui à son tour conduit directement à une modification de la résistance électrique. "Ce développement montre la première application massive de structures de vortex magnétiques et une amélioration significative par rapport aux capteurs magnétiques conventionnels, " déclare le chef de projet Dieter Süss. Le projet de recherche est un excellent exemple où la recherche fondamentale et les questions purement scientifiques, tels que le comportement des structures de vortex magnétiques dans des champs magnétiques externes, peut conduire à des applications extrêmement réussies. "La condition préalable à cela est une coopération entre la science et l'industrie, où l'industrie fournit à la fois les questions pertinentes sur le plan pratique ainsi que des installations techniques telles que des salles blanches pour la réalisation de ces technologies complexes, " dit Süss à propos de cette importante synergie.
