Nell'odierna società dell'informazione, i sensori di campo magnetico sono diventati una componente fondamentale indispensabile nel settore delle tecnologie dell'informazione e dell'informazione.
Allo stato attuale, i sensori di campo magnetico che utilizzano vari effetti fisici, chimici e biologici sono stati sviluppati e sono stati ampiamente utilizzati in vari aspetti della ricerca scientifica, della produzione e della vita sociale, e hanno intrapreso il compito di esplorare vari tipi di informazioni. Tuttavia, la maggior parte delle tecnologie di rilevamento del campo magnetico presenta ancora problemi di sensibilità e di errore di isteresi, che ne ostacolano l'applicazione pratica. Combinando l'elevata sensibilità magnetica, l'isteresi bassa e la risposta rapida dell'onda acustica di superficie del film magnetostrittivo ferro-cobalto (FeCo) a griglia di tipo griglia, è possibile realizzare un nuovo tipo di errore di isteresi veloce, alta sensibilità, basso, stabile e affidabile. Un metodo di rilevamento del campo magnetico rileva un campo magnetico.
Wang Wen, Ph.D., ricercatore del Centro di tecnologia ad ultrasuoni dell'Istituto di acustica, Accademia delle scienze cinese e altri, ha scoperto che il disegno a griglia del film magnetostrittivo ferro-cobalto può ottenere un nuovo tipo di veloce e sensibile metodo di rilevamento del campo magnetico e migliorare il sensore del campo magnetico. La linearità, la coerenza e la stabilità riducono gli errori di isteresi, migliorando così le prestazioni del sensore di campo magnetico. I risultati rilevanti sono stati pubblicati sulla rivista internazionale AIP Advances.
Negli ultimi anni, i ricercatori hanno utilizzato film magnetostrittivi come sensori di onde acustiche superficiali (SAW) per film sensibili, fornendo un nuovo metodo per la progettazione di sensori di campo magnetico. Il team di ricerca di Wang Wen ha proposto un dispositivo SAW basato su una pellicola di ferro-cobalto per il rilevamento di campi di corrente / campi magnetici e la sensibilità ottenuta dall'ottimizzazione teorica è pari a 8,3 kHz / mT. Tuttavia, il forte effetto di isteresi * nei film magnetostrittivi porta significativi errori di isteresi e degrada in modo significativo le prestazioni del sensore.
Questa volta, i ricercatori hanno combinato il film sensibile magnetostrittivo ferro-cobalto del disegno del modello di griglia con l'onda acustica di superficie per il rilevamento del campo magnetico. Il sensore proposto è costituito da un oscillatore differenziale a doppio ritardo, come mostrato nella Figura 1.
La superficie del dispositivo sul canale di rilevamento viene depositata mediante processo di sputtering e incisione a RF per depositare la matrice di griglia del film ferro-cobalto, che sopprime efficacemente l'effetto dell'isteresi rilasciando cambiamenti interni di stress nel ferro-cobalto. Il dispositivo del canale di riferimento viene utilizzato per ridurre efficacemente gli effetti della temperatura ambiente e altri effetti attraverso metodi differenziali. Quando il campo magnetico cambia, l'effetto magnetostrittivo * e l'effetto ΔE * del film di ferro-cobalto provocano un cambiamento nella velocità di propagazione SAW, e il cambiamento del segnale di frequenza dell'oscillazione differenziale può essere usato per caratterizzare la forza del campo magnetico a essere misurato
I risultati sperimentali mostrano che l'effetto di isteresi nel materiale ferro-cobalto è soppresso con successo dal sensore di campo magnetico SAW utilizzando il film sensibile magnetico a griglia di tipo ferro-cobalto e l'errore di isteresi è solo un quinto di quello del ferro- sensore pellicola cobalto. Anche la sensibilità e la linearità del sensore sono state notevolmente migliorate, come mostrato nella Figura 2. Questo studio fornisce un modo efficace per il rilevamento di campi magnetici ad alte prestazioni.
* Forte effetto di isteresi: il cambiamento dello stato di magnetizzazione del materiale ferromagnetico è sempre in ritardo rispetto al cambiamento del campo magnetico applicato. Dopo aver rimosso il campo magnetico esterno, il materiale può ancora mantenere le proprietà magnetiche parziali originali.
* Effetto magnetostrittivo: le dimensioni e il volume del materiale cambiano quando il materiale ferromagnetico cambia nel campo magnetico esterno.
* Effetto ΔE: quando il materiale ferromagnetico cambia nel campo magnetico esterno, cambia anche il modulo di elasticità (E) di Young.
Figura 1 (a) Struttura di base di un sensore di campo magnetico a onde acustiche di superficie, (b) risposta dell'elemento sensore, (c) dispositivo sensore per depositare una pellicola di ferro-cobalto disposta in griglia
Figura 2 Confronto delle prestazioni del sensore tra film di ferro-cobalto depositato e matrice di griglia, (a) test di errore di isteresi, (b) test di sensibilità