Kleiner Sensor ganz groß

Magnetfeldsensoren sind in der modernen Technik mittlerweile unverzichtbar. Ihre vielfältigen Einsatzgebiete reichen vom altbekannten Kompass bis zum modernen Auto oder Smartphone. Arbeitsgruppen der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben jetzt unter Leitung von Professor Franz Faupel einen Miniatursensor entwickelt. In der Fachzeitschrift Applied Physics Letters präsentiert das Team aus Materialwissenschaftlern und Elektrotechnikern seine Ergebnisse. Wegen der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten wurde der neuartige Sensor auch in dem renommierten Journal Nature als Highlight-Artikel vorgestellt.

„Der Sensor besteht aus einem winzigen Balken von 125 Mikrometern Länge“, erklärt Faupel. Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 100 Mikrometer. „Beschichtet ist der Balken mit einem Material, das innerhalb eines Magnetfeldes weicher wird.“ Zur Messung des Magnetfelds bringen die Wissenschaftler den Balken mechanisch zum Schwingen. Die Schwingungsfrequenz ist wiederum abhängig von der Härte der Beschichtung. „Anhand der Frequenzen können wir also die Eigenschaften eines Magnetfeldes genau bestimmen“, so Faupel weiter.

Im Gegensatz zu vorherigen Modellen sind keine zusätzlichen Magnetfelder nötig, damit der neue Sensor funktioniert. Er kann niederfrequente und statische Magnetfelder detektieren, die besonders in der Medizin eine große Rolle spielen. So könnte der Sensor den Einsatz von magnetischen Partikeln im Körper unterstützen, um beispielsweise Tumore zu bekämpfen oder Medikamente gezielt im Körper freizusetzen. Von großem Vorteil ist zudem, dass der Sensor nicht gekühlt werden muss und in bestehende Mikroelektronik integriert werden kann.

Das interdisziplinäre Team erarbeitete das neue Konzept im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „Magnetoelektrische Verbundwerkstoffe – Biomagnetische Schnittstellen der Zukunft“ (SFB 855) an der CAU. Der Anfang 2010 bewilligte SFB 855 wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für zunächst vier Jahre gefördert und wird in der ersten Förderperiode mit rund 11,5 Millionen Euro finanziert.

Weitere Informationen: www.uni-kiel.de/aktuell/pm/2009/2009-121-sfb-855.shtml

Originalpublikation: (Appl. Phys. Lett. 99, 223502 (2011))
http://dx.doi.org/10.1063/1.3664135
Nature-Artikel: (Nature 480, 155 (08. Dezember 2011))
http://www.nature.com/nature/journal/v480/n7376/full/480155c.html
Drei Bilder stehen zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2011/2011-224-1.jpg
Bildunterschrift: Der beschichtete Balken des Magnetfeldsensors ist nur 125µm lang. Das Prinzip des Sensors eignet sich zur Miniaturisierung und hat ein großes Anwendungspotenzial. (Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme).

Copyright: American Institute of Physics

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2011/2011-224-2.jpg
Bildunterschrift: Ein Prototyp des neuen Magnetfeldsensors. Die eigentliche Sensorspitze am linken Ende des Siliziumchips ist mit dem bloßen Auge kaum zu sehen.

Copyright: Björn Gojdka

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2011/2011-224-3.jpg
Bildunterschrift: Die Idee zu dem neuen Sensorkonzept kam Björn Gojdka durch seine vorigen Arbeiten am Rasterkraftmikroskop. Dort werden die winzigen Federbalken zum Abtasten von Oberflächen genutzt.

Copyright: Björn Gojdka

Kontakt:
Professor Dr. Franz Faupel
Institut für Materialwissenschaft – Materialverbunde
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Tel.: +49 (0)431 880-6226
E-Mail: ff@tf.uni-kiel.de