[发明专利]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

说明书

背景技术

现今，纳米尺寸的自旋交叉(SCO，Spin CrossOver)粒子受到越来越多的关注，这不但是为了在介观尺寸下探究这些材料的物理性质，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涉仪(micro-SQUID，micro-Superconducting Quantum Interference Device)和纳米超导量子干涉仪(nano-SQUID)为代表。这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，微桥通常由诸如铌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“Magnetic Anisotropy of a Single Cobalt Nanocluster”(单独钴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以下。

因此，常规的微型SQUID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SQUID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以下文献中所述：

刊登在在传感器和致动器B中的Sunjong Oh等人的标题为“Analytes kinetics in lateral flow membrane analyzed by cTnl monitoring using magnetic method”(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，瑞士，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Sunjong Oh等人的标题为“Hybrid AMR/PHR ring sensor”(混合AMR/PHR环形传感器)的文章，培格曼出版社，大不列颠，第151卷，第18号，2011年5月29日，第1248-1251页；

专利申请US 2006/194327 A1；

专利申请US 2010/231213 A1。

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。

发明内容

相应地，本发明涉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/PHR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V_b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以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以用于测量所述电压端子对之间的差分电压V_b；

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；以及

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以检测；

所述第一AMR/PHR多环磁性传感器的所述磁道具有：