В датчиках эффекта Холла ток пропускают через тонкую пленку магнитного материала. При наличии внешнего магнитного поля электроны отклоняются в сторону, и на краях пленки возникает поперечное напряжение. Чем сильнее поле, тем больше напряжение. Но сами магнитные материалы не идеальны: внутри них существуют домены — области с разной намагниченностью, которые постоянно флуктуируют из-за тепловых или квантовых эффектов. Эти флуктуации создают паразитный сигнал, который при высоком усилении перекрывает полезный.

Исследователи из Института физических наук Хэфэя и Нинбо использовали явление, которое они называют «спин-текстурной динамикой». Вместо того чтобы пытаться подавить флуктуации пассивно (например, охлаждением), они сконструировали многослойный магнитный материал — синтетический ферримагнетик — в котором спиновые текстуры (структуры магнитных моментов) эволюционируют очень быстро. И обнаружили: чем быстрее движутся эти текстуры, тем ниже низкочастотный шум.

Чувствительный элемент датчика имеет активную площадь всего 20×20 мкм (примерно как клетка кожи человека). При частоте 1 Гц обнаруживаемость поля составила около 15,7 нТл/√Гц. Это почти в 10 раз лучше, чем у обычных ферромагнитных датчиков Холла. При этом прибор сохраняет сильный отклик на внешнее поле, то есть его чувствительность не пострадала.

Теоретически новый магнитный датчик способен обнаружить слабый магнитный след подводной лодки со стальным корпусом на расстоянии до полукилометра, сообщает SCMP. Помимо очевидных перспектив применения разработки в оборонной сфере, авторы видят потенциал датчиков в автомобильных системах, биомедицине и лабораторных чипах для биологических анализов. Также их можно использовать в магнитной микроскопии с высоким разрешением для изучения наномагнитных материалов.

По мнению исследователей, обнаруженная зависимость (быстрее динамика — меньше шум) должна работать и для других магнитных материалов, не только для их синтетического ферримагнетика. Они уверены, что с помощью дальнейшей оптимизации и выбора материалов с еще более быстрой спиновой динамикой можно снизить шум значительно сильнее. Это приближает создание сверхчувствительных датчиков, которые могут работать при комнатной температуре, без дорогих систем охлаждения, и при этом быть достаточно компактными для интеграции в носимую электронику, медицинские импланты или в миниатюрные дроны.

В начале лета Китай успешно испытал гигантскую систему воздушного электромагнитного зондирования, способную обнаруживать подводные объекты, включая атомные подводные лодки. Она состоит из трех катушек диаметром 25 метров на буксире у вертолета, которые распространяют мощные электромагнитные импульсы.