三维矢量磁场丈量关于磁导航、生物医学确诊和显微成像的开展至关重要。现在，多种物理机理现已被用于磁传感器的开发，包含霍尔效应、磁阻效应、磁阻抗效应以及超导量子干与等。但是，这些矢量磁传感器仅为单轴活络。为完成三维磁场的检测，传统的三维磁传感器需求在三个正交平面上的多个传感器的协作，这导致传感器规划杂乱、尺度较大和不可避免的非正交失准。最近提出的根据铁磁/重金属异质结构的自旋轨迹转矩传感器因为电流极性相关磁化动力学的不同对称性能够别离检测三个方向上的磁场重量。但是，强笔直磁各向异性导致该自旋轨迹转矩三维传感器的活络度比较小，且该器材作业时施加的大于MA/cm的驱动电流密度发生的明显焦耳热效应会导致传感器的高功耗和大噪声。因而，怎样来完成小电流驱动的高活络自旋轨迹转矩三维磁场传感器具有极端严重的实用价值与科研含义。

  针对这一科学问题，西安交大刘明教授课题组完成了具有强自旋轨迹耦合和失常霍尔效应的Pt/Co/Ta异质结构组成的三维磁场传感器。该作业引进磁各向异性能工程，经过磁退火下降Pt/Co异质结构中的笔直磁各向异性，使得三维传感器在1.1 MA/cm2电流密度的驱动下，z轴、x轴和y轴活络度别离到达15778.5、410和484 V/A/T。而且，跟着退火温度的进一步提高，Pt/Co异质结构中成功诱导出易锥磁状况，其沿z轴活络度高达31196 V/A/T，比较较传统霍尔传感器的最优值提高了一个数量级。更重要的是，易锥状况下传感器的驱动电流密度仅为3.8 kA/cm2，比较传统SOT磁传感器材下降了三个数量级，而且在1 Hz下获得了27.7 nT/Hz1/2的低等效磁噪声。未处理弱笔直磁各向异性传感器无法检测沟通磁场和易锥态传感器无法丈量面内磁场的问题，此研讨作业进一步开发了结合各向异性磁阻传感单元和易锥态失常霍尔传感单元组成的集成三维磁传感器以丈量沟通和直流磁场，该传感器在x、y和z轴方向上等效磁噪声别离到达：1.44、1.84和27.7 nT/Hz1/2@1 Hz，为进一步开发低功耗、高活络以及微型化的三维磁场传感器供给了重要参阅。

  两种类型三维磁场传感器：Ⅰ型三维磁场传感器Co/Pt异质结构的磁化状况；Ⅱ型三维传感器结构规划。

  该研讨结果以“使用易锥态完成自旋轨迹转矩三维磁场传感器的超高活络度和低驱动电流” (Easy-cone magnetic state induced ultrahigh sensitivity and low driving current in spin-orbit coupling 3D magnetic sensors)为标题在世界闻名期刊《先进功用资料》（Advanced Functional Materials）上宣布。团队博士研讨生苏玮、胡忠强教授以及李耀进助理教授为一起榜首作者，王志广教授、刘明教授为通讯作者，合作者包含西安交通大学机械学院蒋庄德院士、王琛英副教授。这一作业是刘明教授团队在电控铁磁薄膜界面磁性完成二维矢量磁场传感器及高性能磁电传感器之后，环绕三维磁场检测的进一步研讨，对未来低功耗、高集成度、高活络三维磁场器材的开发供给了新思路。该作业得到国家重点研制方案、国家自然科学基金等项目的赞助。

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