Agenții patogeni și virușii viitorului pot fi filtrate cu un nou magnetometru ultra-sensibil - Rocket

„Aproape tot ceea ce ne înconjoară, inclusiv noi înșine, produce un câmp magnetic, de la dispozitivele noastre electronice la inima noastră care pulsează, iar aceste câmpuri oferă date despre aceste sisteme”.

- a spus Gang Xiao, președintele Departamentului Brown de Fizică, autorul principal al articolului care descrie noul dispozitiv. Alături, Yiou Zhang, un student absolvent maro și cercetător postdoctoral Kang Wang, a efectuat cercetarea.

Fizicienii de la Universitatea Brown au dezvoltat un magnetometru nou, compact, ultra-sensibil, care poate ajuta în multe aplicații, inclusiv detectarea câmpurilor magnetice slabe. Descoperirea afectează o întreagă clasă de senzori extrem de sensibili, de dimensiuni reduse, ieftin de fabricat și care nu consumă multă energie.

Efect gri

În mod tradițional, câmpurile magnetice sunt măsurate folosind efectul Hall. Atunci când un material conductor intră în contact cu un câmp magnetic, electronii din acel curent sunt deviați într-o direcție perpendiculară pe flux. Aceasta creează o mică tensiune perpendiculară pe care senzorii Hall o pot folosi pentru a detecta câmpurile magnetice.

Noul dispozitiv utilizează un fenomen apropiat, Anomalia efectului Hall (AHE), care apare în materialele feromagnetice. În timp ce efectul Hall apare din cauza încărcării electronilor, AHE rezultă din spinul electronului, adică din micul moment magnetic al fiecărui electron. Efectul este că electronii diferitelor rotiri sunt împrăștiate în mai multe moduri, ceea ce oferă o tensiune mică, deși perceptibilă.

Doar câțiva atomi

Dispozitivul în sine constă dintr-un film feromagnetic ultra-subțire compus din atomi de cobalt, fier și bor. Rotirile electronilor tind să se alinieze în planul filmului, o proprietate numită anizotropie plană. După ce filmul a fost tratat într-un cuptor cu temperatură ridicată sub un câmp magnetic puternic, rotirile electronilor încep să tindă să fie perpendiculare pe film, numită anizotropie perpendiculară.

Atunci când aceste două anizotropii au o forță egală, electronul se rotește rapid, când materialul este în contact cu un câmp magnetic extern. Această rearanjare a rotirilor electronice poate fi detectată prin tensiunea AHE. Dispozitivul este de 20 de ori mai sensibil decât senzorii tradiționali, convenționali de efect Hall.

Cheia sensibilității este că nu este nevoie de un câmp magnetic puternic în film pentru a inversa rotirile, de fapt, cheia funcționării dispozitivului este grosimea filmului de cobalt-fier-bor. Dacă filmul este prea gros, este necesar un câmp magnetic mai puternic pentru a reorienta rotirile electronilor, ceea ce reduce sensibilitatea. Dacă filmul este prea subțire, rotirile electronice se pot rearanja singure, ceea ce poate provoca defectarea senzorului. Cercetătorii au descoperit că grosimea corespunzătoare era de 0,9 nanometri, aproximativ patru sau cinci atomi grosime.

În ceea ce privește domeniile de utilizare, Zhang a spus: „Dispozitivul poate avea o gamă largă de aplicații. Un exemplu care ar putea fi util pentru medici este imunotestul magnetic. "

„Aceasta este o metodă care folosește magnetismul pentru a căuta agenți patogeni în probe de lichide. Deoarece dispozitivul este foarte mic, este posibil să plasați mii sau chiar milioane de senzori pe un singur cip. Acest cip poate găsi nenumărați agenți patogeni diferiți simultan într-un un singur eșantion, ceea ce îl face mai ușor și mai ieftin. testarea. "

O descriere a noului dispozitiv a fost publicată în Applied Physics Letters.