ひずみ方向を検知するフレキシブルな巨大磁気抵抗デバイス
A flexible giant magnetoresistive device for sensing strain direction
2018年2月8日 Nature Electronics 1 : 124 doi: 10.1038/s41928-018-0022-3
小型化されたひずみセンサは、ウェアラブルデバイスや構造ヘルスモニタリングなど多様な分野で重宝する。磁気抵抗効果を用いたひずみゲージはこれまでにも開発されており、従来デバイスに潜在的に勝る利点があるとされている。けれどもこのアプローチは、ひずみの大きさにしか注目してこなかった。我々は今回、フレキシブルな巨大磁気抵抗デバイスを用いて、材料中のひずみ方向を検知できることを示した。三層デバイスは、ひずみに敏感な強磁性コバルト層とひずみへの感度のない強磁性パーマロイ(NiFe)層で非磁性体の銅の層を挟み込んだ構造からなり、フレキシブルな基板上に作製した。我々は、コバルト層の磁気弾性特性を設計することにより、ひずみに敏感な層とひずみへの感度のない層を単一の強磁性材料から作れることも示した。スピントロニクスとフレキシブルなエレクトロニクスとの今回の統合は、局所的なひずみ方向をマッピングできるフレキシブルなセンサシートの開発につながる可能性がある。
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Miniaturized strain sensors are of value in a variety of areas, including wearable devices and structural health monitoring. Strain gauges based on magnetoresistance effects have previously been developed and offer potential advantages over conventional devices. However, these approaches have so far focused on sensing only the magnitude of the strain. Here, we show that a flexible giant magnetoresistive device can be used to detect the direction of strain in a material. Our trilayer devices, which are fabricated on a flexible substrate, consist of a strain-sensitive ferromagnetic cobalt layer and a strain-insensitive ferromagnetic permalloy (NiFe) layer, separated by a non-magnetic copper layer. We also show that the strain-sensitive and strain-insensitive layers can be made from a single ferromagnetic material by engineering the magnetoelastic properties of cobalt layers. Our integration of spintronics and flexible electronics could lead to the development of a flexible sensor sheet capable of mapping local strain directions.
