Les capteurs de champ magnétique peuvent améliorer les applications qui nécessitent une gestion efficace de l'énergie électrique. L'amélioration des capteurs de champ magnétique inférieurs à la gamme picoTesla pourrait permettre à une technique de mesurer l'activité cérébrale à température ambiante avec une résolution de la milliseconde - appelée encéphalographie magnétique - sans technologie de dispositif d'interférence quantique supraconducteur (SQUID), qui nécessite des températures cryogéniques pour fonctionner.
Un groupe de chercheurs de l'Institut national japonais des sciences des matériaux de l'Université de Tsukuba et de LG Japan Lab Inc. a exploré l'amélioration du rapport de magnétorésistance dans un dispositif de magnétorésistance géante à courant perpendiculaire au plan (CPP-GMR) en utilisant un semi-métallique Alliage Heusler CoFeAl0.5Si0.5 (CFAS). L'alliage a 100 pour cent d'électrons de conduction polarisés en spin, ce qui permet une très grande asymétrie de spin de la diffusion des électrons et se traduit par un rapport de magnétorésistance élevé. Ils rendent compte de leurs conclusions dans le Journal de physique appliquée .
La magnétorésistance, une variation de la résistance électrique en réponse à un champ magnétique appliqué de l'extérieur, est importante pour toutes les applications de capteurs de champ magnétique. Pour augmenter la sensibilité des capteurs de champ magnétique, leur rapport de magnétorésistance (une valeur définie comme un changement de résistance électrique par rapport au champ magnétique ou à la magnétisation) doit d'abord être augmenté.
« Nous avons pu démontrer une amélioration supplémentaire du rapport de magnétorésistance en fabriquant des empilements multicouches de CFAS et d'argent (Ag), " dit Yuya Sakuraba, chef du groupe Magnet Materials au NIMS. « En contrôlant précisément la rugosité interfaciale des multicouches, nous avons obtenu un couplage d'échange intercalaire antiparallèle entre chacune des couches CFAS, jusqu'à six, et obtenu non seulement un rapport de magnétorésistance élevé, mais également une linéarité élevée du changement de résistance par rapport au champ magnétique."
Des études antérieures ont démontré que les alliages Heusler semi-métalliques sont bien adaptés pour améliorer le rapport de magnétorésistance dans les dispositifs CPP-GMR. « Les alliages à base de Heusler devraient être la tête de lecture de nouvelle génération pour les disques durs avec une densité d'enregistrement surfacique élevée supérieure à 2 térabits par pouce carré, " dit Sakuraba.
"Et notre travail a démontré qu'une amélioration supplémentaire du rapport de magnétorésistance est possible en créant une structure multicouche, qui ouvre maintenant vraiment le potentiel du CPP-GMR basé sur Heusler pour les applications de capteurs de champ magnétique hautement sensibles, " Sakuraba a poursuivi en expliquant.
Les chercheurs ont fabriqué un dispositif entièrement expitaxial sur un substrat d'oxyde de magnésium (MgO) monocristallin. Si une propriété similaire peut être obtenue dans un dispositif polycristallin, il peut devenir un candidat pour un nouveau capteur de champ magnétique avec une plus grande sensibilité qu'un capteur Hall conventionnel ou un capteur à magnétorésistance tunnel.
