基于TMR效应超高灵敏度的复合磁性传感器研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51701203
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    陶丙山
  • 依托单位：
    中国科学院电工研究所
  • 学科分类：
    E0107.金属功能材料
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The aim of this project is to optimise and explore magnetic tunnel junctions (MTJs) with high tunnelling magnetoresistance (TMR) based on MgO and spinel oxide barrier and fabricate TMR-superconductor mixed magnetic sensor with ultra-high sensitivity. Firstly, the influence of growth conditions and post-annealing process on the TMR and interfacial quality will be studied to obtain MTJs with high TMR and quality. Then, magnetic sensors with different structures will be designed and realized by different linearity strategy. The way to improve sensitivity and suppress noise will be explored. The gain factor dependence of geometry and size of the superconductor loop amplifier and magnetic flux concentrator will be studied. At last, the compatible superconductor loop will be integrated with TMR sensor to enhance its sensitivity to detect ultra-low field. Furthermore, the superconductor loop and flux guides will be integrated together to realize dual amplification of sensitivity to detect magnetic field of pT and fT level. This will provide a new technology method to measure ultra-low field and expand the application of TMR magnetic sensor.
该项目拟优化和探索基于MgO和尖晶石结构氧化物等新势垒材料、具有高隧穿磁电阻(TMR)的磁性隧道结，研制设计具有超高灵敏度的新型TMR-超导复合磁性传感器。首先研究生长条件、后期退火处理对隧道结界面质量和TMR的影响，获得高质量及高TMR的隧道结材料体系；然后设计不同结构、采用不同线性化方法制备TMR磁性传感器，探讨提高传感器灵敏度和抑制其噪声的途径；研究超导环放大器和磁通聚集器的形状、大小对灵敏度增益系数的影响；最后选择工艺兼容的超导环制备TMR-超导复合传感器，对传感器的灵敏度进行放大实现超弱磁场的探测；进一步集成磁通聚集器和超导环放大器对传感器灵敏度进行双重放大，实现pT和fT量级的磁场探测，为超弱磁场的探测提供一种新的技术方法，拓宽TMR磁性传感器的应用范围。

结项摘要

磁性隧道结是自旋电子学领域核心材料体系之一，因其重要的应用价值而被术 界和工业广泛研究关注。最近尖晶石构MgAl2O4势垒由于其和 MgO相同的自旋过滤特性及和铁磁电极更小晶格失配度，引起了关注成为隧道结 势垒层的候选材料。本项目基于MgO和尖晶石结构氧化物等新势垒材料，开展具有高隧穿磁电阻(TMR)的磁性隧道结的研究，并在此基础上研制设计具有超高灵敏度的新型TMR-超导复合磁性传感器，取得了如下成果：.1、利用分子束外延方法制备了单势垒的MgAlOx势垒磁性隧道结，研究了其隧穿各向异性磁电阻(TAMR)效应。MgO和MgO-MgAlOx势垒隧道结TAMR效应的四重对称性要比MgAlOx和MgO-MgAlOx势垒隧道结中的比重大。非弹性隧道谱的测量揭示了四种隧道结中存在不同的界面共振态，结合平行态电导随温度的变化关系，我们认为由少子Δ5主导的界面共振态和多子Δ1态的耦合增强了MgO和MgO-MgAlOx势垒隧道结中TAMR效应的四重对称性。.2、制备了纳米尺度的MgAlOx隧道结，研究了纳米尺度下MgAlOx隧道结中的量子阱共振隧穿效应。证实了纳米尺度Fe/MgAlOx(3ML)/Fe/MgAlOx(6ML)/Fe/MgAlOx(3ML)三势垒隧道结中双量子阱态；同时在结构为Fe/MgAlOx(6ML)/Fe/MgAlOx(3ML)/Fe/MgAlOx(6ML)三势垒隧道结中实现了电子通过双量子阱态的共振隧穿效应。.3、采用倒装焊工艺研制了高灵敏度TMR-超导复合磁传感器，器件的热噪声水平达到了~200fT，表明传感器具备亚pT级别磁场的探测能力，同时也为TMR-超导复合磁传感器的发展打下了坚实基础。

项目成果

期刊论文数量（13）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Tunneling anisotropic magnetoresistance in fully epitaxial magnetic tunnel junctions with different barriers
具有不同势垒的全外延磁隧道结中隧道各向异性磁阻
  • DOI：
    10.1063/1.5027909
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Applied Physics Letters
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Tao B. S.;Jiang L. N.;Kong W. J.;Chen W. Z.;Yang B. S.;Wang X.;Wan C. H.;Wei H. X.;Hehn M.;Lacour D.;Lu Y.;Han X. F.
  • 通讯作者：
    Han X. F.
Characterization of Spin-Orbit Torque Efficiency in Magnetic Heterostructures with Perpendicular Magnetic Anisotropy via Spin-Torque Ferromagnetic Resonance
通过自旋扭矩铁磁共振表征具有垂直磁各向异性的磁性异质结构中的自旋轨道扭矩效率
  • DOI：
    10.1103/physrevapplied.13.034041
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Physical Review Applied
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Wei Jinwu;He Congli;Wang Xiao;Xu Hongjun;Liu Yizhou;Guang Yao;Wan Caihua;Feng Jiafeng;Yu Guoqiang;Han Xiufeng
  • 通讯作者：
    Han Xiufeng
Coherent Resonant Tunneling through Double Metallic Quantum Well States
通过双金属量子阱态的相干谐振隧道
  • DOI：
    10.1021/acs.nanolett.9b00205
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Nano Letters
  • 影响因子：
    10.8
  • 作者：
    Tao Bingshan;Wan Caihua;Tang Ping;Feng Jiafeng;Wei Hongxiang;Wang Xiao;Andrieu Stephane;Yang Hongxin;Chshiev Mairbek;Devaux Xavier;Hauet Thomas;Montaigne Francois;Mangin Stephane;Hehn Michel;Lacour Daniel;Han Xiufeng;Lu Yuan
  • 通讯作者：
    Lu Yuan
Origin of the large voltage-controlled magnetic anisotropy in a Cr/Fe/MgO junction with an ultrathin Fe layer: First-principles investigation
具有超薄 Fe 层的 Cr/Fe/MgO 结中大电压控制磁各向异性的起源：第一性原理研究
  • DOI：
    10.1103/physrevb.101.144434
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    PHYSICAL REVIEW B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Chen W. Z.;Jiang L. N.;Yan Z. R.;Zhu Y.;Wan C. H.;Han X. F.
  • 通讯作者：
    Han X. F.
Spin transmission in IrMn through measurements of spin Hall magnetoresistance and spin-orbit torque
通过测量自旋霍尔磁阻和自旋轨道扭矩实现 IrMn 中的自旋传输
  • DOI：
    10.1103/physrevb.101.144412
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    PHYSICAL REVIEW B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Wang Xiao;Wan Caihua;Liu Yizhou;Shao Qiming;Wu Hao;Guo Chenyang;Fang Chi;Guang Yao;Yang Wenlong;He Congli;Tao Bingshan;Zhang Xiaomin;Ma Tianyi;Dong Jing;Zhang Yu;Feng Jiafeng;Xiao Jiang;Wang Kang L.;Yu Guoqiang;Han Xiufeng
  • 通讯作者：
    Han Xiufeng

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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