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运输性质

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自旋电子膜可感应磁场

Ideal for "一劳永逸" applications

澳大利亚,德国和美国的物理学家已经开发出一种坚固耐用,易于制造且可以高精度工作的新型磁场传感器。设备可以检测到1的字段–340 mT,尽管它不是该范围内最灵敏的传感器,但最大的优点是无需将该设备冷却至超冷温度,也无需重新校准。

该设备是由犹他大学的Christoph Boehme以及悉尼和雷根斯堡大学的同事组成的团队的结晶。其核心是夹在两个金属触点之间的有机半导体薄层。当在触点之间施加电压时,电子和空穴被注入到半导体中。作为带电粒子,空穴和电子各自引起半导体的小局部极化,随着粒子穿过材料,该极化随粒子而变。

粒子和极化的这种组合称为“polaron”; when a hole 极化子 and an electron 极化子 interact, they can decay to create an “exciton” – a bound state of an electron and a hole. It turns out that the resistance of the semiconductor is a function of the rate at which the hole and electron 极化子s interact, which in turn depends on the relative orientation of the electron and hole spins.

该设备如何工作的线索在于以下事实:施加外部磁场会在指向与该磁场平行和反平行的自旋之间产生能隙。因此,如果将具有这种精确能量的射频(RF)信号施加到薄膜上,则自旋会上下翻转,从而导致半导体电阻的急剧变化。由于该谐振能量是磁场强度的线性函数,因此可以通过更改RF能量直至实现谐振来测量磁场。

测量缓慢

该设备与需要扫描射频相关的一个缺点是它可能需要几秒钟来测量磁场。勃姆告诉 physicsworld.com 但是对于用户已经对场强有大概了解的应用来说,这应该不是问题– sensing Earth’例如磁场。但是,当速度至关重要时,团队考虑了可以改进该设备的两种方法。

一种方法是施加包含整个频率范围的RF脉冲,另一种方法是将该技术与有机磁阻传感器结合使用–它可以高速运行,但需要定期重新校准。可以使用新传感器完成此重新校准,因为鉴于其输出与电子的固有特性相关,因此它本身不需要重新校准。–旋磁比。

当设备在1–340 Boehme表示,在mT范围内,只需使用更高能量的RF信号即可扩展上限。但是,对于极高的场,将需要太赫兹信号,并且这些信号很难生成。至于扩大到1以下 mT,这可以通过应用大约1的小偏移量字段来完成 勃姆说。该设备的最终灵敏度在低纳米特斯拉范围内–与由有机半导体中的氢核产生的随机磁场有关的极限。

两全其美

英国的詹森(J T Janssen)’美国国家物理实验室表示,这种新设备非常适合精度更高的超导干扰设备(SQUID)–需要液氦才能运行–霍尔传感器的准确性较差,它很坚固,制造成本仅为几便士。“这种新的有机传感器似乎兼具两全:’是相当敏感的’s accurate and it’s cheap,” says Janssen.

他补充说,该设备特别适合“fit-and-forget”安装后无法维修或校准传感器的应用程序。例子包括核电站,风力涡轮机和卫星中的传感器。

传感器在 自然通讯.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者