Siêu vật liệu từ tính này do nhóm của Tiến sĩ Anna Palau tại Viện Khoa học Vật liệu Barcelona (ICMAB) cùng các đối tác trong dự án CHIST-ERA MetaMagIC. Vật liệu này có thể được sử dụng để tăng độ nhạy của các cảm biến từ tính, giúp giảm năng lượng cần thiết để tạo ra các trường từ tính cục bộ, hoặc ứng dụng để nghiên cứu các mẫu trong các trường từ tính cao hơn nhiều so với khả năng hiện tại.

Tiến sĩ Anna Palau đã phát triển một siêu vật liệu đặc biệt trông giống như những bông hoa nhỏ dưới kính hiển vi điện tử quét. “Cánh hoa” bao gồm các dải hợp kim niken-sắt sắt từ. Các bông hoa siêu nhỏ có thể được sản xuất theo nhiều hình dạng khác nhau, không chỉ với bán kính bên trong và bên ngoài khác nhau mà còn với số lượng và chiều rộng cánh hoa khác nhau. Hình dạng bông hoa này khiến các đường sức từ của từ trường bên ngoài tập trung ở tâm của thiết bị, tạo ra từ trường mạnh hơn rất nhiều.

          Vật liệu siêu từ tính

Siêu vật liệu là vật liệu được sản xuất nhân tạo với các cấu trúc vi mô có kích thước nhỏ hơn sóng điện từ hoặc sóng nhiệt mà chúng được thiết kế để điều khiển. Các nhà khoa học đang nghiên cứu những cấu trúc vi mô từ tính có thể được sử dụng trong lưu trữ dữ liệu, xử lý thông tin, y sinh học, xúc tác và công nghệ cảm biến từ tính. Bằng cách ứng dụng siêu vật liệu, độ nhạy của các cảm biến từ tính có thể được tăng lên rất nhiều, vì từ trường cần phát hiện sẽ được khuếch đại ở trung tâm của các hệ thống này.

          Bản đồ miền từ tính

Các nhà nghiên cứu đặt một thanh coban vào giữa nhiều loại hoa nhỏ như một cảm biến từ trường và lập bản đồ các miền từ bên trong thanh coban. Bằng cách điều chỉnh các thông số hình học như hình dạng, kích thước và số lượng cánh hoa, có thể chuyển đổi và kiểm soát được hành vi từ tính. Kết quả là, độ nhạy của cảm biến từ trở có thể tăng lên hơn hai cấp độ.

          Mở ra những tùy chọn mới

Phát hiện này mở ra những lựa chọn công nghệ mới để cải thiện hiệu suất của các cảm biến từ nhỏ và để phát triển các thành phần từ đa chức năng. Trong tương lai, những cấu trúc vi mô như vậy có thể được sử dụng để tạo ra từ trường cục bộ cao hơn nhiều, điều này cũng thu hút sự chú ý đối với trạm XPEEM thử nghiệm tại BESSY II. Hệ thống thử nghiệm này là một kính hiển vi điện tử phát xạ quang, do đó từ trường làm lệch hướng các electron và khiến các thí nghiệm trở nên khó khăn. Từ trường tối đa thường có thể áp dụng để chụp ảnh là khoảng 25 millitesla (mT). Với bộ tập trung từ trường, nơi từ trường chỉ được tăng cường cục bộ, có thể dễ dàng đạt được các trường cao hơn gấp năm lần. Điều này rất thú vị vì nó mở ra khả năng nghiên cứu một loạt các hệ thống từ trường trong những điều kiện chưa từng có trước đây. Chi tiết tham khảo tại:

Aleix Barrera, Emile Fourneau, Natanael Bort-Soldevila, Jaume Cunill-Subiranas, Nuria Del-Valle, Nicolas Lejeune, Michal Staňo, Alevtina Smekhova, Narcis Mestres, Lluis Balcells, Carles Navau, Vojtěch Uhlíř, Simon J. Bending, Sergio Valencia, Alejandro V. Silhanek, Anna Palau. On-Chip Planar Metasurfaces for Magnetic Sensors with Greatly Enhanced Sensitivity. ACS Nano, 2025; 19 (10): 10461 DOI: 10.1021/acsnano.5c00422