用于检测磁性材料的磁性特征的微磁力测定检测系统和方法技术方案

一种用于检测极少量磁性粒子的存在的微磁力测定系统，包括使用惠斯通电桥配置的第一磁性混合AMR/PHR多环传感器(4)、第一电流源(6)、第一电压测量器件(8)、沉积在第一磁性传感器(4)上的一组至少一个磁性粒子(12)以及用于根据一组不同的测量差分电压来检测表示存在至少一个沉积的磁性粒子(12)的磁通量改变的处理单元(22)。微磁力测定系统包括用于建立磁激励场HAC以使得每个静止的磁性粒子(12)产生杂散磁场的装置(20)，磁激励场HAC随时间以在10Hz至3KHz的范围内的恒定频率ω振荡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于检测磁性材料的磁性特征的微磁力测定检测系统和方 法
技术介绍
现今，纳米尺寸的自旋交叉（SCO,SpinhossOver)粒子受到越来越多的关注，该 不但是为了在介观尺寸下探究该些材料的物理性质，还是为了开发新功能材料。直至今日， 自旋转变性质的观测本质上变为对具有不同的大小和形状分布的纳米粒子的巨大整体中 磁化强度或者光学吸收的温度依赖性的简单研究。用于单一自旋交叉（SCO)粒子测量的方 法的开发适宜于基础和应用方面，尽管此类努力迄今为止仍是不足。 在纳米尺寸的磁性测量领域中，现有技术的状态由微型超导量子干设仪 (micro-SQUID,micro-SuperconductingQuantumInterferenceDevice)和纳米超导量子 干设仪（nano-S卵ID)为代表。该些器件能够通过将纳米粒子直接沉积在微桥约瑟夫逊结 上来检测少量磁性纳米粒子或单分子磁体的反向磁化强度。 然而，对于低噪声操作，微桥通常由诸如魄之类的低温超导材料制成。例如在物理 学评论快报第86卷第20号中刊登的M?贾梅等人的题目为"Ma即eticAnisotropyofa SingleCobaltNanocluster"(单独钻纳米簇的磁各向异性）对此类器件进行了说明。 迄今为止，此类磁力测定检测系统的工作温度被限制在几十开尔文温度W下。 因此，常规的微型S卵ID技术并不适合于在室温范围内研究磁化特性，特别是得 到少量或单独纳米粒子的SCO材料的室温切换转换特性的精确测量值。 现有的超灵敏S卵ID检测方法存在的缺点是被用于非常低的温度下并且需要不 便携且不灵活的复杂仪器。 所提出的替代方法如W下文献中所述： 刊登在在传感器和致动器B中的Sunjong化等人的标题为"Anal^eskinetics inlateralflowmembraneanalyzedbycTnlmonitoringusingmagneticmethod"（通 过使用磁性方法进行cTnl监视来分析的横流膜中的分析物动力学）的文章；致力于物理 和化学换能器的研究与开发的化学国际组织，爱思唯尔股份公司，瑞±，第160卷，第1号， 2011 年 8 月 19 日，第 747-752 页； 刊登在固体通信中的SunjongOh等人的标题为"HybridAMR/P皿ring sensor"(混合AMR/P皿环形传感器）的文章，培格曼出版化大不列颠，第151卷，第18号， 2011 年 5 月 29 日，第 1248-1251 页； 专利申请US2006/194327A1 ; 专利申请US2010/231213A1。 一个技术问题是避免此类缺点并且提供在室温下完成测量的超灵敏磁力测定系 统，该磁力测定系统不太复杂并且提供更加便携和灵活的实施。 另外，另一技术问题是提出一种提高了灵敏度检测性能的磁力测定系统和方法， 从而对传感器有源表面邻近的"单个微/纳米物体"生成的纳特斯拉或皮特斯拉场进行检 测。
技术实现思路
相应地，本专利技术设及第一微磁力测定系统，用于对纳米或微米尺度下的极少量磁 性粒子直至单个磁性粒子或单独磁性物体的存在进行检测，该系统包括： 第一磁性混合AMR/P皿多环传感器，其具有；包括有沉积在基板上的闭环形状的 磁道的有源表面，形成了彼此面对并且与由磁性材料制成的所述闭环磁道接触的电流端子 对的第一电流端子和第二电流端子，形成了彼此面对并与所述闭环磁道接触且从中检测到 输出差分电压Vb的电压端子对的第一电压端子和第二电压端子，与所述磁道材料的交换偏 置场方向平行并且与穿过所述第一电压端子和所述第二电压端子的第二轴垂直的、穿过所 述第一电流端子和所述第二电流端子的第一轴； 第一电流或电压源，被连接在所述第一电流端子和所述第二电流端子之间W用于 向所述第一电流端子和所述第二电流端子注入电流I; 第一电压测量器件，被连接在所述第一电压端子和所述第二电压端子之间W用于 测量所述电压端子对之间的差分电压Vb; 一组至少一个磁性粒子，沉积在所述第一磁性传感器的所述有源表面上；W及 处理单元，用于根据一组不同的测量差分电压来对表示存在至少一个沉积的磁性 粒子的磁通量改变加W检测； 所述第一AMR/P皿多环磁性传感器的所述磁道具有： 第一臂，由所述第一磁性传感器的第一四分表面内限定的第一组预定环数为m的 圆形弯曲路径制成，其中m小于18,最外的弯曲路径被连接到所述第一电流端子处并且最 内的弯曲路径被连接到所述第一电压端子处， 第二臂，由所述第一磁性传感器的第二四分表面内限定的第二组预定环数同样为 m的圆形弯曲路径制成，最外的弯曲路径被连接到所述第二电流端子处并且最内的弯曲路 径被连接到所述第一电压端子处， 第=臂，由所述第一磁性传感器的第=四分表面内限定的第=组预定环数同样为 m的圆形弯曲路径制成，最外的弯曲路径被连接到所述第二电流端子处并且最内的弯曲路 径被连接到所述第二电压端子处，W及 第四臂，由所述第一磁性传感器的第四四分表面内限定的第四组预定环数同样为 m的圆形弯曲路径制成，最外的弯曲路径被连接到所述第一电流端子处并且最内弯曲路径 被连接到所述第二电压端子处； 所述磁道是包括铁磁性膜及反铁磁性膜的双层结构，或者是自旋阀结构，或者是 包括铁磁性膜、金属及反铁磁性膜的=层结构； 其特征在于， 所述微磁力测定系统包括用于建立磁激励场Ha。的装置从而使得每个磁性粒子产 生杂散磁场，所述磁激励场Ha。随时间W在10化至3KHZ范围内的恒定频率《振荡；W及 [002引待检测的磁性粒子为静止的并且靠近或者接触到所述磁道的所述有源表面；W及 由所述第一电流或电压源注入的、流经所述电流端子的所述电流I为直流电流 值C)，或者交变电流（AC)，或者直流电流和交变电流之和；W及 所述处理单元被配置为： 在预定温度范围内，在第一已知预定环境物理条件下，而且在关于由所述第一电 流或电压源注入的所述电流和关于施加的所述磁激励场Ha。的第一组已知的系统工作条件 下，提供其上没有沉积任何磁性粒子的所述第一磁性传感器的本底热磁性响应的第一校准 曲线；之后 在所述第一磁性传感器上沉积有未知量的磁性粒子之后，在所述相同的第一已知 预定环境物理条件下且在相同的第一组已知系统工作条件下确定差分电压测量值相对于 温度变化的第二曲线，所述差分电压测量值经过或未经通过在相同的预定温度范围内改变 温度而得到的并且由所述第一磁性传感器输出的一组差分电压测量值的修正，之后 确定所述第二曲线和所述第一曲线在相同的温度范围内的差值作为第S曲线；W 及 当所述第=曲线的全部电压差的绝对值保持在预定检测阔值之上时，或者当所述 第=曲线具有一其内的电压转变幅度大于所述预定检测阔值的温度区间时，检测到至少一 个磁性粒子的存在，所述预定检测阔值对应于lOnT的可检测的最小磁化强度场改变； 或者，所述处理单元被配置为： 在所述第一磁性传感器上沉积有未知量的磁性粒子之后，所述磁性粒子为可通过 超出一被用作转换命令的转换物理特性的预定转换阔值来转换的分子纳米粒子，通过使所 述物理特性量值在已知的预定物理条件下且在已知的系统工作条件下在所述物理特性的 预定范围内变化来确定由差分电压测量值相对于所述物理特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微磁力测定系统，用于对纳米或微米尺度下的极少量磁性粒子直至单个磁性粒子或单个磁性物体的存在进行检测，所述微磁力测定系统包括：第一磁性混合AMR/PHR多环传感器(4)，其具有：包括有沉积在基板(26)上的闭环形状的磁道(14)的有源表面(14)，形成了彼此面对并且与由磁性材料制成的所述闭环磁道(24)接触的电流端子对的第一电流端子(28)和第二电流端子(30)，形成了彼此面对并与所述闭环磁道(24)接触且从中检测到输出差分电压Vb的电压端子对的第一电压端子(32)和第二电压端子(34)，与所述磁道材料的交换偏置场方向平行并且与穿过所述第一电压端子和所述第二电压端子的第二轴(42)垂直的、穿过所述第一电流端子和所述第二电流端子(28、30)的第一轴(40)；第一电流或电压源(6)，被连接在所述第一电流端子和所述第二电流端子(28、30)之间以用于向所述第一电流端子和所述第二电流端子(28、30)注入电流I；第一电压测量器件(8)，被连接在所述第一电压端子和所述第二电压端子(32、34)之间以用于测量所述电压端子(32、34)对之间的所述差分电压Vb；一组至少一个磁性粒子(12)，沉积在所述第一磁性传感器(4)的所述有源表面(14)上；以及处理单元(22)，用于根据一组不同的测量差分电压来对表示存在至少一个沉积的磁性粒子(12)的磁通量改变加以检测；所述第一AMR/PHR多环磁性传感器(4)的所述磁道(24)具有：第一臂(102)，由所述第一磁性传感器(4)的第一四分表面(106)内限定的第一组预定环数为m的圆形弯曲路径(104)制成，其中m小于18，最外的弯曲路径(108)被连接到所述第一电流端子(28)处并且最内的弯曲路径(110)被连接到所述第一电压端子(32)处，第二臂(112)，由所述第一磁性传感器(4)的第二四分表面(116)内限定的第二组预定环数同样为m的圆形弯曲路径(114)制成，最外的弯曲路径(118)被连接到所述第二电流端子(30)处并且最内的弯曲路径(120)被连接到所述第一电压端子(32)处，第三臂(122)，由所述第一磁性传感器(4)的第三四分表面(126)内限定的第三组预定环数同样为m的圆形弯曲路径(124)制成，最外的弯曲路径(128)被连接到所述第二电流端子(30)处并且最内的弯曲路径(130)被连接到所述第二电压端子(34)处，以及第四臂(132)，由所述第一磁性传感器(4)的第四四分表面(136)内限定的第四组预定环数同样为m的圆形弯曲路径(134)制成，最外的弯曲路径(138)被连接到所述第一电流端子(30)处并且最内的弯曲路径(140)被连接到所述第二电压端子(34)处；所述磁道(24)是包括铁磁性膜及反铁磁性膜的双层结构，或者是自旋阀结构，或者是包括铁磁性膜、金属及反铁磁性膜的三层结构；其特征在于，所述微磁力测定系统包括用于建立磁激励场HAC的装置(20)从而使得每个磁性粒子产生杂散磁场，所述磁激励场HAC随时间以在10Hz至3KHz范围内的恒定频率ω振荡；以及待检测的磁性粒子(12)为静止的并且靠近或者接触到所述磁道(24)的所述有源表面(14)；以及由所述第一电流或电压源(6)注入的、流经所述电流端子(28、30)的所述电流I为直流电流(DC)，或者交变电流(AC)，或者直流电流和交变电流之和；以及所述处理单元(22)被配置为：在预定温度范围内，在第一已知预定环境物理条件下，而且在关于由所述第一电流或电压源(6)注入的所述电流和关于施加的所述磁激励场HAC的第一组已知的系统工作条件下，提供其上没有沉积任何磁性粒子的所述第一磁性传感器(4)的本底热磁性响应的第一校准曲线；之后在所述第一磁性传感器(4)上沉积有未知量的磁性粒子(12)之后，在相同的第一已知预定环境物理条件下且在相同的第一组已知系统工作条件下确定差分电压测量值相对于温度变化的第二曲线，所述差分电压测量值经过或未经通过在相同的预定温度范围内改变温度而得到的并且由所述第一磁性传感器(4)输出的一组差分电压测量值的修正，之后确定所述第二曲线和所述第一曲线在相同的温度范围内的差值作为第三曲线；以及当所述第三曲线的全部电压差的绝对值保持在预定检测阈值之上时，或者当所述第三曲线具有一其内的电压转变幅度大于所述预定检测阈值的温度区间时，检测到至少一个磁性粒子的存在，所述预定检测阈值对应于10nT的可检测的最小磁化强度场改变；或者，所述处理单元(22)被配置为：在所述第一磁性传感器(4)上沉积有未知量的磁性粒子(12)之后，所述磁性粒子为可通过超出一被用作转换命令的转换物理特性的预定转换阈值来转换的分子纳米粒子，通过使所述物理特性量值在已知的预定物理条件下且在已知的系统工作条件下在所述物理特性的预定范围内变化来确定差分电压测量值相对于所...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲里亚尔·特凯，阿泽戴·布塞克瑟，光宏·特兰，苏里曼·卡马拉，金哲基，金坤宇，菲利普·甘迪特，
申请(专利权)人：蒙彼利埃大学，国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR