[发明专利]一种基于反铁磁自旋转向现象的传感器

说明书

技术领域

本发明涉及磁电子学领域，具体的说涉及一种基于反铁磁spin flop(自旋转向)现象的传感器。

背景技术

磁传感器已经深入到现代社会的方方面面，而将它与生物医药领域的标记分子探测相结合，对于特殊病症的诊断和慢性病的早期发现都有很大帮助。其具体的工作方式和原理如下：采用特殊的方法将直径在几十纳米范围的磁性颗粒与包含特定生物素的有机分子结合制备成所谓的“磁性生物标记分子”。因为这些“磁性生物标记分子”中包含特定的生物素，如果这类生物素只与病灶部位的蛋白质结合的话，那么人体服用了以后，它将随着血液循环到达病灶并停留在那里。这样一来，施加一个适合的外磁场(H₀)使纳米磁性颗粒磁化，颗粒被磁化后会产生杂散场(ΔH)，那么用磁传感器探测杂散场(ΔH)的来源位置和大小，就可以知道纳米磁性颗粒所在的位置和数量，从而就知道病灶的位置和病变程度。

需要强调的是，“磁性生物标记分子”中所采用的磁性颗粒直径在几十纳米范围，为超顺磁颗粒，它们在外磁场方向的磁矩一般在数百奥斯特(饱和前)的范围内与外磁场几乎成线性关系，因此杂散场的大小除了正比于“磁性生物标记分子”的数目(N)，还正比于外磁场(H₀)。这就意味着，对于磁电阻传感器与带有超顺磁颗粒的“磁性生物标记分子”系统而言，其输出信号的大小(ΔR)实际上正比于生物标记分子数目(N)、外磁场(H₀)以及传感器自身在该偏置磁场强度下的磁场灵敏度三者的乘积，即：

ΔR=R0*NH0(dMRdH)H0*ΔH]]>

所以的乘积大小(而不仅仅是)才是决定磁性生物传感器性能优劣的关键参数。然而，目前报导的绝大多数磁性生物传感器都是常规的各向异性磁电阻效应或巨磁电阻效应传感器。对于此类常规磁传感器，它们的磁电阻曲线是过原点的直线，它们的显然是反比于传感器的饱和场的。这导致H₀和成为两个相互矛盾的量，增大其中一个的同时将导致另一个的减小，具体的说：要增加就要减小磁传感器的饱和场，从而就减小了H₀的有效可用范围；同样的要增加H₀的有效可用范围，就要增加磁传感器的饱和场，从而就降低了正因为如此，此类生物传感器的性能并不理想。解决以上H₀和dMR/dH矛盾的一个有效方法是将磁电阻曲线平移偏离原点，并尽可能增大斜率dMR/dH。例如，如图1所示，利用普通自旋阀易磁化方向的磁滞特点，在其矫顽力附近获得较高的探测灵敏度(值为5.95％)。但该方案有两个不足：一是由于矫顽力强烈依赖于材料的微结构和器件的几何形状等诸多因素，且可逆性差，这一方案难以应用于实际，二是工作外场H₀(矫顽力附近，约10Oe(奥斯特))还是太小，不利于灵敏度的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于反铁磁spin flop现象的传感器，以发生spin flop时电阻值产生迅速变化，进而进行探测。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于spin flop的传感器，由人工反铁磁多层膜组成，其中，

所述人工反铁磁多层膜采用磁控溅射方法制备而成，其结构由下至上包括：

基片、缓冲层、第一铁磁层、非磁金属层、第二铁磁层和盖帽层。

进一步地，所述传感器还具有下面特点：

所述缓冲层的材料为过渡族3d、4d或5d金属，

所述缓冲层的厚度为1nm-1000nm。

进一步地，所述传感器还具有下面特点：

所述第一铁磁层和所述第二铁磁层的材料为：镍、钴或铁，或者由镍、钴和铁中至少两元素组成的合金，或者由多种铁磁层组成的复合铁磁层，

所述第一铁磁层和所述第二铁磁层的厚度为1nm-100nm。