用于面外磁场探测的低噪声纳米尺度涡旋传感器
介观与纳米尺度物理
2026-03-10 v1 材料科学
摘要
本研究探讨了一种基于纳米尺度（亚 100 nm）磁隧道结（MTJ）的涡旋传感器，该传感器具有强形状各向异性，旨在对面外磁场分量（）敏感。该传感器包含一个具有涡旋构型的自由层和一个垂直磁化的参考层，当受到垂直磁场激发时，可提供可重复且线性的响应。我们结合实验测量和微磁学模拟，系统地评估了结构参数，特别是纵横比和缺陷分布，对关键传感器性能指标（包括动态范围、灵敏度和探测率）的影响。与传统的面内涡旋传感器典型的 40-80 mT 动态范围相比，该面外涡旋传感器展现出显著改善的超过 200 mT 的动态范围。频率相关的噪声测量表明，该传感器具有低本征噪声，以及改善的探测率和分辨率。这一性能归因于涡旋核随场变化的膨胀和收缩，这减少了由缺陷引起的钉扎势导致的巴克豪森型噪声。此外，传感器的亚 100 nm 横向尺寸使得可扩展的阵列集成成为可能，通过集体平均进一步增强了噪声和探测率性能。这些结果强调了该传感器架构在需要同时具备宽动态范围和高测量精度的先进磁场传感应用中的潜力。
引用
@article{arxiv.2509.16763,
title = {Low-Noise Nanoscale Vortex Sensor for Out-of-Plane Magnetic Field Detection},
author = {Ajay Jha and Alvaro Palomino and Stéphane Auffret and Hélène Béa and Ricardo C. Sousa and Liliana D. Buda-Prejbeanu and Bernard Dieny},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.16763},
year = {2026}
}