一种纯电操控纳米三维磁传感器及其阵列与磁场测量方法技术

本发明专利技术公开了一种纯电操控纳米三维磁传感器及其阵列与磁场测量方法，属于分析及测量控制技术领域，磁传感器包括：从下至上依次包括：自旋流生成层、磁性材料层及氧化物层，或从下至上依次包括：自旋流生成层和磁性隧道结或自旋阀。磁传感器阵列包括多个共用一个自旋流生成层的所述磁传感器。方法为通过在单个磁传感器上施加激励电流脉冲，统计二稳态纳米磁体在随机过程中某一磁化状态出现的概率，根据该概率与磁场矢量之间的关系计算磁场矢量在三维空间方向上的分量大小。即本发明专利技术通过单个纳米器件实现了三维磁场矢量在三维空间分量的测量。同时，本发明专利技术的磁传感器为纳米器件，能够实现纳米尺度的测量，空间分辨率高，且尺寸小，易于大规模集成。易于大规模集成。易于大规模集成。

【技术实现步骤摘要】
一种纯电操控纳米三维磁传感器及其阵列与磁场测量方法


[0001]本专利技术属于分析及测量控制
，更具体地，涉及一种纯电操控纳米三维磁传感器及其阵列与磁场测量方法。

技术介绍

[0002]磁场传感器是一种探测磁场强度的大小及方向并转化为电学信号的一种装置，当前有着非常广泛的应用，基于磁场传感器可开发多种传感功能，包括电流、功率、位置、距离、速度、角度等，在工业制造、精密测量、国防与航空、医疗、地理等领域已经获得了广泛应用,并且有着持续广阔的应用空间。
[0003]在纳米尺度探测微弱磁场对于科学研究、生命医学、电子设备等方面都有着重大的应用价值，探测三维磁场矢量更是能获得比一维磁场更多更准确的信息。当前在脑磁图谱成像、分子磁探测、材料表征、磁空间定位芯片等应用场景中，纳米尺寸三维磁传感器都有着很高的应用潜力。
[0004]目前，普遍使用的磁传感器包括各向异性磁阻传感器、磁敏二极管、霍尔传感器、磁通门磁强计等能够实现对磁场方向或强度的探测，但都存在一些局限性，例如，各向异性磁阻传感器测量精度低，需要配套的校准算法；磁通门磁强计体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纯电操控纳米三维磁传感器，其特征在于，从下至上依次包括：自旋流生成层(101)、磁性材料层(102)及氧化物层(103)；所述自旋流生成层(101)有十字型导电通道，用于传导电流；所述磁性材料层(102)为单磁畴纳米磁体，在所述氧化物层(103)的作用下具有垂直其表面的磁各向异性；或从下至上依次包括：自旋流生成层(101)、自由层(200)、隧穿层(201)及固定层(202)，所述自由层(200)、隧穿层(201)及固定层(202)构成磁性隧道结，且所述自由层为单磁畴纳米磁体，具有垂直其表面的磁各向异性；或从下至上依次包括：自旋流生成层(101)、第一磁性层(300)、非磁中间层(301)、第二磁性层(302)、钉扎层(303)，所述第一磁性层(300)、非磁中间层(301)、第二磁性层(302)、钉扎层(303)构成自旋阀，且所述第一磁性层为单磁畴纳米磁体，具有垂直其表面的磁各向异性。2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述氧化物层(103)之上，还设置有保护层(104)，用于隔绝空气。3.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述自旋流生成层的材料为重金属材料或拓扑绝缘体材料。4.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述纳米磁体的材料为CoFeB、CoMnSi、CoFeSi、CoFeAl、GaMnAs、CoFeAlSi、CoFe、FePt、CoPt、FeNi、Fe、Co或Ni。5.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述氧化物层(103)的材料为MgO或Al2O3；所述隧穿层(201)的材料为MgO、Al2O3、AlOx、TiO2、HfO2、MgAlO4、AlN或BN；所述第一磁性层(300)及第二磁性层(302)的材料为CoFeB、CoMnSi、CoFeSi、CoFeAl、GaMnAs、CoFeAlSi、CoFe、FePt、CoPt、FeNi、Fe、Co或Ni；所述非磁中间层(301)材料为Cu、Cr、Ru或Ag；所述钉扎层(303)材料为FeMn、IrMn、NiMn、PtMn或NiO。6.一种三维磁场测量方法，其特征在于，采用如权利要求1
‑
5任意一项所述的磁传感器，所述方法为：建立三维直角坐标系：建立以十字型导电通道方向为x轴和y轴，以垂直于自旋流生成层表面的方向为z轴的三维直角坐标系；纳米磁体磁化状态的随机过程激发与读取：在自旋流生成层的十字通道中，分别向x轴和y轴的正反方向施加激励电流脉冲，使所述自旋流生成层产生自旋极化电流，对所述纳米磁体施加...

【专利技术属性】
技术研发人员：游龙，李仕豪，张帅，李若凡，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：