美國布朗大學(xué)的科學(xué)家發(fā)明了一種體積微小、敏感度很高的磁力計。研究者稱在磁敏免疫分析、量子材料磁場高分辨率成像方面有很好的應(yīng)用前景。

　　這項發(fā)明的主要研究者之一布朗大學(xué)物理系的肖剛說：“我們身邊幾乎一切都在產(chǎn)生磁場，從電子設(shè)備到我們跳動的心臟。通過這些磁場我們可以得到這些系統(tǒng)的信息。我們發(fā)明了一種新型磁場感應(yīng)器，敏感度很高、體積很小，制造成本不高、耗電量不大，有很多潛在用途?！?/p>

　　研究人員介紹說，傳統(tǒng)的磁力計通過霍爾效應(yīng)感應(yīng)磁場。當(dāng)帶電導(dǎo)體與磁場接觸的時候，電子發(fā)生垂直偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生垂直方向上的電壓，從而判斷磁場的存在。

　　新儀器則基于異?；魻栃?yīng)——在磁性材料中，不同自旋方向的電子向不同方向發(fā)散，產(chǎn)生微小的電壓。

　　新儀器的核心部件是一層由鈷、鐵和硼原子構(gòu)成的超薄鐵磁膜。多數(shù)電子的自旋方向偏好與薄膜平行，稱為平面各項異性；當(dāng)薄膜在強磁場高溫爐中處理過后，電子的自旋偏好變?yōu)榕c薄膜垂直，稱為垂直各項異性。在兩種特性強度平衡的情況下，如果出現(xiàn)外來磁場，電子容易改變它們的自旋方向。這種變化產(chǎn)生的電壓能被感應(yīng)器檢測到。

　　研究者說，很微弱的磁場都能改變電子的自旋方向，所以這種感應(yīng)器的敏感度可以達(dá)到傳統(tǒng)霍爾感應(yīng)器的二十倍左右。

　　感應(yīng)器的關(guān)鍵技術(shù)在于鈷鐵硼膜的厚度。太厚了需要較強的磁場才能觸發(fā)電子的變化，即降低了儀器的敏感度；太薄了電子不穩(wěn)定，容易自發(fā)出現(xiàn)改變，導(dǎo)致儀器失靈。研究人員發(fā)現(xiàn)0.9納米的厚度最合適，相當(dāng)于四五個原子的厚度。

　　研究組認(rèn)為這種儀器在醫(yī)療領(lǐng)域，進行磁敏免疫分析，檢測液體樣品中病原體有很好的應(yīng)用前景。

　　“因為這種感應(yīng)器很小，我們可以把幾千個、幾萬個感應(yīng)器放在一塊芯片上，這樣芯片一次可以檢測很多項目。這將讓檢測更容易、更經(jīng)濟?！绷硪粋€用途也是這個研究組一直在開發(fā)的磁感應(yīng)相機，可以對量子材料的磁場進行高精度成像。這有助于研究人員更好的了解這些材料的特性。

　　“就像普通的相機，我們希望像素越多越好。這種相機上，每個磁感應(yīng)器就相當(dāng)于一個像素。感應(yīng)器要很小，耗能小，因此這種新感應(yīng)器很適合這項用途。”這份研究近期發(fā)布在《應(yīng)用物理學(xué)快報》上。