磁性“微流”增强局部磁场

由镍铁合金制成的只有几微米大小的花形结构可以集中并局部增强磁场。通过改变“花瓣”的几何形状和数量可以控制效果的大小。

这种磁性超材料由巴塞罗那材料科学研究所（ICMAB）的Anna Palau博士团队与她的CHIST-ERA MetaMagIC项目合作伙伴共同开发，现已在BESSY II与Sergio Valencia博士合作进行了研究

这种设备可用于提高磁传感器的灵敏度，减少产生局部磁场所需的能量，而且在PEEM实验站，还可以在比目前更高的磁场下研究样品

帕劳博士开发了一种特殊的超材料，在扫描电子显微镜下看起来像小花。花瓣由铁磁性镍铁合金条组成

微花可以制成各种几何形状，不仅具有不同的内径和外径，而且具有可变数量和宽度的花瓣。这种花形的几何形状使外部磁场的场线集中在设备的中心，从而产生大大增强的磁场

该研究发表在ACS Nano杂志上

磁性超材料

帕劳解释说：“超材料是人工制造的材料，其微观结构的尺寸小于它们设计用来操纵的电磁波或热波。”

这位物理学家正在研究可用于数据存储、信息处理、生物医学、催化和磁传感器技术的磁性微结构。通过使用这些超材料，磁传感器的灵敏度可以大大提高，因为要检测的磁场将在这些系统的中心被放大

帕劳、她的学生Aleix Barrera和Sergio Valencia现在在BESSY II的XPEEM实验站研究了这一点。他们在各种微流的中心放置了一根钴棒作为磁场传感器，并绘制了钴棒内的磁畴图

瓦伦西亚说：“通过调整形状、大小和花瓣数量等几何参数，可以切换和控制磁性行为。”。因此，磁阻传感器的灵敏度可以提高两个数量级以上

XPEEM实验的新选择

这项创新为提高小型磁传感器的性能和开发多功能磁性元件开辟了新的技术选择。未来，这种微结构可用于在局部产生更高的磁场，这对BESSY II的实验XPEEM站也很有意义

瓦伦西亚说：“我们的实验系统是一个光电发射电子显微镜，所以磁场会使电子偏转，使实验变得困难。”。“我们通常可以应用于成像的最大磁场约为25毫特斯拉（mT）。使用磁场集中器，磁场仅在局部增强，我们可以很容易地实现五倍以上的磁场。”

这非常令人兴奋，因为它开辟了在以前不可能的条件下研究一系列磁系统的可能性 More information: Aleix Barrera et al, On-Chip Planar Metasurfaces for Magnetic Sensors with Greatly Enhanced Sensitivity, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.5c00422

Journal information: ACS Nano