微弱磁場検出性能を向上させた低雑音磁気センサーを開発(Researchers Develop Low-Noise Magnetic Sensor with Enhanced Weak-Field Detection)

2026-07-28 合肥物質科学研究院(HFIPS)

中国科学院(CAS)合肥物質科学研究院・強磁場科学センターを中心とする研究グループは、高感度を維持しながら低雑音化を実現した新しい磁気センサーを開発した。研究成果はPhysical Review Lettersに掲載された。従来、磁気センサーでは感度を高めるとノイズも増加するというトレードオフが課題だった。研究チームは、センサーのノイズとナノスケールのスピンテクスチャの動的挙動との関係を理論的に解明し、スピンテクスチャの特性周波数を高めることで低周波ノイズを抑制できることを示した。この知見を基に、高速なスピンテクスチャを実現する人工フェリ磁性構造を設計し、さらにスピン再配向領域近傍で磁気異方性を最適化することで、高感度化と低雑音化を同時に達成した。試作した異常ホール効果型磁気センサーは、20×20μmの微小な検出部で1Hzにおいて15.7nT/√Hzの磁場検出性能を達成し、従来の強磁性材料を用いたセンサーより約1桁優れた性能を示した。この成果は、生体微弱磁場計測や高分解能磁気イメージングなどへの応用が期待される。

微弱磁場検出性能を向上させた低雑音磁気センサーを開発(Researchers Develop Low-Noise Magnetic Sensor with Enhanced Weak-Field Detection)
Harnessing spin-texture dynamics in synthetic ferrimagnets for low-noise, high-sensitivity magnetic sensors (Image by WANG Kang)

<関連情報>

スピンテクスチャダイナミクスを活用した低ノイズ・高感度磁気センサー Harnessing Spin-Texture Dynamics for Low-Noise, High-Sensitivity Magnetic Sensors

Kang Wang, Teng Xu, Meng Shi, Xinxiang Sun, Yizhou Liu, Huali Yang, Run-Wei Li, and Haifeng Du
Physical Review Letters  Published: 17 July, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/vf43-sxwq

Abstract

The development of low-noise, high-sensitivity magnetic sensors is essential for applications such as automotive systems, biomedical imaging, and magnetic microscopy. However, sensor performance has long been impeded by a fundamental constraint that noise and sensitivity increase concomitantly, which imposes a performance limit. Here, we show that this limit can be overcome by engineering spin-texture dynamics. While maintaining high sensitivity, the sensor noise is demonstrated to decrease inversely with enhanced spin-texture dynamics. Leveraging this mechanism, using synthetic ferrimagnets with accelerated spin-texture dynamics, low-noise and high-sensitivity anomalous-Hall sensors are constructed. With an active sensing area of 2⁢0×2⁢0 μm2, the device demonstrates a field detectability of 1⁢5.7  nT/√Hz at 1 Hz, nearly an order of magnitude improvement over existing sensors based on ferromagnetic materials. Our results establish active control of spin textures as a general pathway to ultrasensitive, low-noise magnetic sensing platforms.

0403電子応用
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