Миниатюрные магнитные сенсорные системы

Фундаментальные исследования в области современных некриогенных магнитометрических систем, таких как магниторезистивные, спин-туннельные, тонкопленочные магнитомодуляционные и, в последнее время, магнитоимпедансные датчики, позволили получить чувствительность порядка 1-10 пТл/Гц0.5, а в некоторых случаях – на уровне 100фТл/Гц0.5. Однако достижение таких чувствительностей в миниатюрных сенсорных системах с учетом частотных характеристик детектируемых сигналов, стабильности и управляемости остается проблематичным. Одним из активно развивающихся научных направлений на кафедре ТМЭ является разработка миниатюрных интеллектуальных магнитных сенсоров на основе эффекта гигантского магнитоимпеданса (ГМИ). Теоретические и модельные исследования, проводимые в МИСиС и другими научными коллективами, показали принципиальную возможность снижения уровня магнитных шумов и саморегулирования операционного режима при импульсном возбуждении однородно намагниченных импедансных элементов – тонких проводов и пленок со спиральным типом магнитной анизотропии. Достижение чувствительности на уровне 10-100 пТл в сочетании с микронными размерами, линейным и управляемым операционным режимом и высокой стабильностью сделает возможным создание технологичных и компактных систем контроля и мониторинга для биологии, токсикологии, дефектоскопии и других отраслей техники.

Основные направления исследований включают решение следующих задач:

•         Оптимизация магнитной структуры для повышения чувствительности миниатюрных элементов;

•         Оптимизация сигнал/шум в реальных магнитометрических системах;

•         Создание интеллектуальных сенсорных систем с управляемым операционным режимом;

•         Разработка и исследование интеллектуальных материалов с распределенными магнитоимпедансными сенсорами;

 

Эти работы проводятся в рамках международного сотрудничества (Нагойский университет, Япония; Плимутский и Бристольский университеты, Великобритания), а также поддержаны грантами РФФИ.

Основные публикации (2012-2013)

 

•         N.A. Yudanov, L.V. Panina, A.T. Morchenko, V.G. Kostishyn, P.A. Ryapolov, High Sensitivity Magnetic Sensors Based on Off-diagonal Magnetoimpedance in Amorphous FeCoSiB Wires, (2013), Journal of Nano- and Electronic Physics, V. 5, No 4, p. 04004.

•         B. Fisher, L.V. Panina, D.J. Mapps, N. Fry, High Performance Current Sensor Utilizing Pulse Magneto-Impedance in Co-Based Amorphous Wires, (2013), IEEE Trans. Magn. , V. 49, pp. 89-92.

 

•         K. Mohri, Y. Honkura, L.V. Panina, T. Uchiyama, Super MI Sensor: Recent Advances of Amorphous Wire and CMOS-IC Magneto-Impedance Sensor, (2012), Journal of Nanoscience and Nanotechnology, V.12, No.9, pp.7491-7495.

•         F.X. Qin, H.X. Peng, M.H. Phan, L.V. Panina, M. Ipatov, A. Zhukov, Effects of wire properties on the field-tunable behaviour of continuous-microwire composites, (2012), Sensors and Actuators A, V.178, pp.118-122.

•         L.V. Panina, M. Ipatov, V. Zhukova, A. Zhukov, Domain wall propagation in Fe-rich microwires, Physica B: Physics of Condensed Matter, (2012), V. 407, Issue 9, pp. 1442-1445.

•         T. Uchiyama, K. Mohri, Y. Honkura, L.V. Panina, Recent Advances of Pico-Tesla Resolution Magneto-Impedance Sensor Based on Amorphous Wire CMOS IC MI Sensor, (2012), IEEE Trans. Magn., V.48 , pp. 3833-3839.