Микромагнитометрическая система обнаружения и способ обнаружения магнитных сигнатур магнитных материалов

Микромагнитометрическая система обнаружения и способ обнаружения магнитных сигнатур магнитных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

В настоящее время наноразмерные частицы со спин-кроссовером (SCO) привлекают все больший и больший интерес не только с целью исследования физических свойств данных материалов в мезоскопическом масштабе, но также с целью разработки новых функциональных материалов. До сих пор наблюдения свойства спинового перехода по существу сводилось к простому исследованию температурной зависимости намагниченности или оптического поглощения в огромном ансамбле наночастиц с различными степенями дисперсии размера и формы. Разработка способов измерения одиночной частицы со спин-кроссовером (SCO) желательна как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения, даже если такие попытки до сих пор отпугивают.

В области наномасштабных магнитных измерений уровень техники представлен микро-SQUID и нано-SQUID устройствами. Данные устройства могут обнаруживать инверсию намагниченности небольшого количества магнитных наночастиц или одномолекулярных магнитов с помощью непосредственного осаждения наночастиц на микромосты с Джозефсоновскими переходами.

При этом для работы с низким шумом микромосты, как правило, изготавливают из низкотемпературных сверхпроводящих материалов, таких как ниобий. Такие устройства описаны, например, в статье, озаглавленной "Magnetic Anisotropy of a Single Cobalt Nanocluster", M. Jamet и другие, опубликованной в Physical Review Letters, Том 86, номер 20.

До настоящего времени рабочая температура такой системы магнитометрического обнаружения ограничивается несколькими десятками кельвинов.

Следовательно, традиционная технология микро-SQUID не подходит для изучения свойств намагничивания в пределах диапазона комнатной температуры, в частности для проведения точных измерений свойств переключения при комнатной температуре небольшого объема или одиночной нано-частицы материала с SCO.

Используемый в настоящее время сверхчувствительный способ SQUID-обнаружения имеет несколько недостатков, поскольку используется при сверхнизкой температуре и требует сложных инструментов, которые являются не портативными и не гибкими.

Предложены альтернативные способы, которые описаны в следующих документах:

- статья Sunjong Oh и др., озаглавленная "Analytes kinetics in lateral flow membrane analyzed by cTnl monitoring using magnetic method", опубликованная в Sensors and Actuators B: Chemical International devoted to Research and Development of Physical and Chemical Transducers, Elsevier S.A., Швейцария, vol. 160, no. 1, 19 августа 2011 г., стр. 747-752;

- статья Sunjong Oh и др., озаглавленнаяй "Hybrid AMR/PHR ring sensor", опубликованная в Solid State Communications, Pergamon, GB, vol. 151, no. 18, 29 мая 2011, стр. 1248-1251;

- патентная заявка США 2006/194327 A1;

- патентная заявка США 2010/231213 A1.

Техническая проблема заключается в том, чтобы избежать таких недостатков и обеспечить сверхчувствительную магнитометрическую систему, которая выполняет измерения при комнатной температуре, которая является менее сложной и обеспечивает более гибкую и портативную реализацию.

Кроме того, другая техническая проблема заключается в том, чтобы предложить магнитометрическую систему и способ, который улучшает характеристики чувствительности обнаружения, для того чтобы обнаруживать нано- или пикотесловое поле, генерируемое "одиночным микро/нанообъектом" в непосредственной близости от активной поверхности датчика.

Соответственно, изобретение относится к первой микромагнитометрической системе для обнаружения присутствия сверхмалых количеств магнитных частиц вплоть до одиночной магнитной частицы или одиночного магнитного объекта нано- или микромасштаба, содержащий:

- первый магнитный гибридный AMR/PHR многокольцевой датчик, имеющий активную поверхность, включающую в себя магнитную дорожку в форме замкнутого контура, нанесенную на подложку, первый токовый вывод и второй токовый вывод, образующие пару токовых выводов, которые обращены друг к другу, контактируя с магнитной дорожкой в виде замкнутого контура, изготовленной из магнитного материала, первый вывод напряжения и второй вывод напряжения, образующие пару выводов напряжения, которые обращены друг к другу, контактируя с магнитной дорожкой в виде замкнутого контура, и на которых обнаруживают выходное дифференциальное напряжение V_b, причем первая ось, проходящая через первый и второй токовые выводы, параллельна направлению поля обменного подмагничивания материала дорожки и перпендикулярна второй оси, проходящей через первый и второй выводы напряжения;

- первый источник тока или напряжения, подсоединенный между первым и вторым токовыми выводами, для подачи тока I с его помощью;

- первое устройство измерения напряжения, подсоединенное между первым и вторым выводами напряжения, для измерения дифференциального напряжения V_b между парой выводов напряжения;

- набор из по меньшей мере одной магнитной частицы, осажденной на активную поверхность первого магнитного датчика;

- блок обработки для обнаружения из набора различных измеренных дифференциальных напряжений отклонения магнитного потока, характеризующего присутствие по меньшей мере одной осажденной магнитной частицы;

причем магнитная дорожка первого AMR/PHR многокольцевого магнитного датчика, имеет:

- первое плечо, изготовленное из первого набора из предварительно определенного числа m колец, меньше, чем 18, дуговых зигзагообразных траекторий, ограниченных пределами первой четверти поверхности первого магнитного датчика, причем наиболее удаленная от центра зигзагообразная траектория соединена с первым токовым выводом, а наиболее близкая к центру зигзагообразная траектория соединена с первым выводом напряжения,

- второе плечо, изготовленное из второго набора из того же предварительно определенного числа m дуговых зигзагообразных траекторий, ограниченных пределами второй четверти поверхности первого магнитного датчика, причем наиболее удаленная от центра зигзагообразная траектория соединена со вторым токовым выводом, а наиболее близкая к центру зигзагообразная траектория соединена с первым выводом напряжения,

- третье плечо, изготовленное из третьего набора из того же числа m колец дуговых зигзагообразных траекторий, ограниченных пределами третьей четверти поверхности первого магнитного датчика, причем наиболее удаленная от центра зигзагообразная траектория соединена со вторым токовым выводом, и наиболее близкая к центру зигзагообразная траектория соединена со вторым выводом напряжения,

- четвертое плечо, изготовленное из четвертого набора из того же числа m колец дуговых зигзагообразных траекторий, ограниченных пределами четвертой четверти поверхности первого магнитного датчика, причем наиболее удаленная от центра зигзагообразная траектория соединена с первым токовым выводом, а наиболее близкая к центру зигзагообразная траектория соединена со вторым выводом напряжения;

- магнитная дорожка представляет собой двухслойную структуру, включающую в себя ферромагнитную пленку и антиферромагнитную пленку, или спин-вентильную структуру, или трехслойную структуру, включающую в себя ферромагнитную пленку, металл и антиферромагнитную пленку;

отличающаяся тем, что

- данная микромагнитометрическая система содержит средство для создания магнитного возбуждающего поля H_AC, чтобы заставить каждую магнитную частицу создавать магнитное поле рассеяния, причем магнитное возбуждающее поле H_AC осциллирует со временем с постоянной частотой ω в диапазоне от 10 до 3 кГц; и

- магнитные частицы, подлежащие обнаружению, неподвижны и помещены поблизости или в контакте с активной поверхностью магнитной дорожки; и

- ток I, подаваемый первым источником тока или напряжения, проходящий через токовые выводы, представляет собой постоянный ток (DC) или переменный ток (AC), или сумму постоянного и переменного тока; и

- блок обработки выполнен с возможностью также предоставления первой калибровочной кривой фонового теплового магнитного отклика первого магнитного датчика без каких-либо магнитных частиц, осажденных на него, в предварительно определенном температурном диапазоне, при первых известных предварительно определенных физических условиях окружающей среды и при первом наборе известных условий эксплуатации системы в отношении тока, подаваемого первым источником тока или напряжения, и прикладываемого магнитного возбуждающего поля H_AC; затем,

после осаждения неизвестного количества магнитных частиц на первый магнитный датчик, определения второй кривой динамики в зависимости от температуры измерений дифференциального напряжения, скорректированных или нет, из вывода в виде набора измерений дифференциального напряжения от первого магнитного датчика, осуществляемого посредством изменения температуры в том же предварительно определенном диапазоне температуры, при тех же первых известных предварительно определенных физических условиях окружающей среды и при том же первом наборе известных условий эксплуатации системы, затем

определения третьей кривой как разности между второй кривой и первой кривой в том же диапазоне температуры; и

обнаружения присутствия по меньшей мере одной магнитной частицы, когда абсолютное значение всех разностей напряжений третьей кривой остается выше предварительно определенного порога обнаружения, или когда третья кривая выявляет температурный интервал, в котором происходит переход, имеющий амплитуду больше, чем предварительно определенный порог обнаружения, причем предварительно определенный порог обнаружения соответствует минимальному обнаруживаемому отклонению поля намагниченности, равному 10 нТл;

или,

после осаждения неизвестного числа магнитных частиц на первый магнитный датчик, причем данные магнитные частицы представляют собой молекулярные наночастицы, переключаемые посредством превышения предварительно определенного порога переключения в единицах переключающего физического свойства, который действует как команда переключения, посредством изменения величины физического свойства в предварительно определенном диапазоне физического свойства при известных предварительно определенных физических условиях и при известных условиях эксплуатации системы, определения первой кривой динамики измерений дифференциального напряжения, скорректированных или нет, из динамики измерений дифференциального напряжения, осуществляемых первым магнитным датчиком, в зависимости от величины физического свойства; затем

определения в предварительно определенном диапазоне величины физического свойства второй кривой как аппроксимирующей кривой из нижнего участка первой кривой, причем данный нижний участок первой кривой соответствует нижнему интервалу, включенному в предварительно определенный диапазон физического свойства, причем нижний интервал имеет свою верхнюю границу ниже, чем предварительно определенный порог переключения; затем

определения третьей кривой как разности в зависимости от величины переключающего физического свойства между дифференциальными напряжениями первой кривой и дифференциальными напряжениями второй кривой в том же диапазоне величины физического свойства; и

обнаружения присутствия магнитных частиц, когда третья кривая выявляет интервал переключающего физического свойства, в котором происходит переход, имеющий амплитуду больше, чем предварительно определенный порог обнаружения, причем предварительно определенный порог обнаружения соответствует минимальному обнаруживаемому отклонению поля намагниченности, равному 10 нТл.

В соответствии с конкретными вариантами осуществления микромагнитометрическая система содержит по меньшей мере один из следующих признаков:

- первый датчик температуры окружающей среды для измерения температуры окружающей среды и/или второй датчик состояния окружающей среды для измерения физического свойства, отличного от температуры окружающей среды, помещенный поблизости от активной поверхности первого активного датчика, причем переключение намагниченности магнитных частиц осуществляется, когда температура или физическое свойство, отличное от температуры, оказывается выше или ниже предварительно определенного порога переключения,

- средство для управления и/или регулирования температуры окружающей среды и/или физического свойства окружающей среды, отличного от температуры,

- средство для создания магнитного возбуждающего поля H_AC содержит второй источник тока, подающий переменный ток, и по меньшей мере одну катушку, соединенную со вторым источником переменного тока, причем данная по меньшей мере одна катушка расположена по отношению к первому магнитному датчику таким образом, что главный компонент магнитного возбуждающего поля H_AC коллинеарен первой оси,

- средство для создания поля H_DC подмагничивания магнитного датчика для сдвига рабочей точки первого магнитного датчика в область наивысшей чувствительности, причем поле H_DC подмагничивания магнитного датчика постоянно со временем и коллинеарно магнитному возбуждающему полю H_AC, создаваемому средством для создания магнитного возбуждающего поля H_AC,

- причем угол α, образованный между первой осью, проходящей через первый и второй токовые выводы, и осью поля H_DC подмагничивания магнитного датчика, выбран в диапазоне [0 градусов, 90 градусов] таким образом, что чувствительность магнитного датчика является максимальной, и предпочтительно заключен в диапазоне [15 градусов, 25 градусов],

- средство для создания магнитного возбуждающего поля H_AC представляет собой источник тока или напряжения, подсоединенный между первым и вторым токовыми выводами, причем источник тока или напряжения выполнен с возможностью генерирования переменного тока (AC), осциллирующего со временем с постоянной частотой ω в диапазоне от 10 Гц до 3 кГц, предпочтительно в диапазоне от 50 Гц до 150 Гц,

- дополнительно содержит второй магнитный гибридный AMR/PHR многокольцевой датчик, имеющий ту же структуру, что и первый магнитный гибридный AMR/PHR многокольцевой датчик,

причем первый и второй магнитные гибридные AMR/PHR многокольцевые датчики помещены поблизости друг от друга на ту же подложку при тех же известных физических условиях, для измерения того же магнитного поля, когда магнитные частицы не нанесены на датчики,

причем вторые магнитные гибридные AMR/PHR многокольцевые датчики имеют первый токовый вывод и второй токовый вывод, образующие пару токовых выводов, соединенные параллельно, и используют тот же первый источник тока первого магнитного гибридного AMR/PHR многокольцевого датчика; и причем

данная микромагнитометрическая система выполнена с возможностью

разграничения первого набора измерений дифференциального напряжения, осуществляемых первым датчиком, соответствующим первой конфигурации, в которой магнитные частицы, подлежащие обнаружению, если они содержатся в наносимом каплями растворе, наносят на первый магнитный датчик и помещают под набор известных условий окружающей среды и рабочих параметров системы, и второго набора контрольных измерений дифференциального напряжения, осуществляемых вторым датчиком, соответствующим второй конфигурации, в которой на него не наносят магнитные частицы, при том же наборе известных физических условий окружающей среды и рабочих параметров системы, и предоставления соответствующей разностной кривой; и затем

обнаружения из разностной кривой резкого изменения, соответствующего по меньшей мере минимальному отклонению поля намагниченности, равному 10 нТл.

Изобретение также относится ко второй микромагнитометрической системе для обнаружения присутствия сверхмалых количеств магнитных частиц вплоть до одиночной магнитной частицы или одиночного магнитного объекта нано- или микромасштаба, содержащей:

- первый магнитный гибридный AMR/PHR датчик и второй магнитный гибридный AMR/PHR многокольцевой датчик,

причем первый магнитный гибридный AMR/PHR датчик имеет первую активную поверхность, включающую в себя первую магнитную дорожку, нанесенную на подложку, первый токовый вывод и второй токовый вывод, образующие пару токовых выводов, которые обращены друг к другу, контактируя с первой магнитной дорожкой, изготовленной из магнитного материала, первый вывод напряжения и второй вывод напряжения, образующие пару выводов напряжения, которые обращены друг к другу, контактируя с первой магнитной дорожкой, и из которых обнаруживают выходное дифференциальное напряжение, причем первая ось, проходящая через первый и второй токовые выводы, параллельна направлению поля обменного подмагничивания материала дорожки и перпендикулярна второй оси, проходящей через первый и второй выводы напряжения;

отличающейся тем, что

данная микромагнитометрическая система содержит второй магнитный гибридный AMR/PHR датчик, помещенный поблизости от второго магнитного гибридного AMR/PHR датчика на той же подложке при тех же известных физических условиях, для измерения того же магнитного поля, когда магнитные частицы не нанесены на датчики,

причем второй магнитный гибридный AMR/PHR многокольцевой датчик имеет вторую активную поверхность, включающую в себя вторую магнитную дорожку, нанесенную на ту же подложку, первый токовый вывод и второй токовый вывод, образующие пару токовых выводов, которые обращены друг к другу, контактируя со второй магнитной дорожкой, изготовленной из магнитного материала, первый вывод напряжения и второй вывод напряжения, образующие пару выводов напряжения, которые обращены друг к другу, контактируя со второй магнитной дорожкой, и из которых обнаруживают выходное дифференциальное напряжение, причем первая ось, проходящая через первый и второй токовые выводы, параллельна направлению поля обменного подмагничивания материала дорожки и перпендикулярна второй оси, проходящей через первый и второй выводы напряжения,

причем первая и вторая магнитные дорожки имеют одну и ту же форму из формы креста, формы однокольцевого замкнутого контура и формы многокольцевого замкнутого контура и имеют одну и ту же слоистую структуру,

причем слоистая структура первой и второй магнитных дорожек представляет собой двухслойную структуру, включающую в себя ферромагнитную пленку и антиферромагнитную пленку, или спин-вентильную структуру, или трехслойную структуру, включающую в себя ферромагнитную пленку, металл и антиферромагнитную пленку;

и тем, что данная микромагнитометрическая система содержит:

- тот же первый источник тока или напряжения, подсоединенный и подающий параллельно ток I на первый магнитный гибридный AMR/PHR датчик и второй магнитный гибридный AMR/PHR многокольцевой датчик,

- первое устройство измерения напряжения, соединенное своим входом с первым и вторым выводами напряжения первого магнитного гибридного AMR/PHR датчика и второго магнитного гибридного AMR/PHR датчика и выполненное с возможностью определения разностного напряжения между усиленным дифференциальным напряжением, обнаруживаемым на выводах напряжения первого магнитного датчика и усиленным дифференциальным напряжением, обнаруживаемым на выводах напряжения второго магнитного датчика;

- набор из по меньшей мере одной магнитной частицы, осажденной на активную поверхность первого магнитного датчика;

- блок обработки для обнаружения из вывода в виде набора различных измеренных дифференциальных напряжений от первого устройства измерения напряжения отклонения магнитного потока, характеризующего присутствие по меньшей мере одной магнитной частицы, осажденной на первый магнитный датчик;

- средство для создания магнитного возбуждающего поля H_AC, чтобы заставить каждую магнитную частицу создавать магнитное поле рассеяния, причем магнитное возбуждающее поле H_AC осциллирует со временем с постоянной частотой ω в диапазоне от 10 до 3 кГц; и тем, что

- магнитные частицы или магнитный объект, подлежащие обнаружению, неподвижны и помещены только поблизости или в контакт с активной поверхностью первой магнитной дорожки; и

- ток I, подаваемый первым источником тока или напряжения, проходящий через токовые выводы, представляет собой постоянный ток (DC) или переменный ток (AC), или сумму постоянного и переменного тока.

В соответствии с особенностью варианта осуществления второй микромагнитометрической системы, в которой

магнитные частицы или магнитный объект нано- или микромасштаба не осаждают на второй датчик, и

блок обработки выполнен с возможностью

после осаждения неизвестного количества магнитных частиц или магнитного объекта на первый магнитный датчик

или

при известных предварительно определенных физических условиях

обнаружения присутствия магнитных частиц или магнитного объекта, когда вторая разность в виде разности между первой разностью и контрольной разностью имеет амплитуду больше, чем предварительно определенный порог обнаружения,

причем контрольная разность представляет собой разность между первым измерением напряжения, осуществляемым первым датчиком, который не имеет на себе магнитных частиц, и вторым измерением напряжения, осуществляемым вторым датчиком, который не имеет на себе магнитных частиц, при тех же известных предварительно определенных физических условиях,

причем первую разность определяют с помощью первого устройства измерения напряжения как разность между первым измерением напряжения, осуществляемым первым датчиком, который имеет на себе магнитные частицы, и вторым измерением напряжения, осуществляемым вторым датчиком, который не имеет на себе магнитных частиц,

и причем предварительно определенный порог обнаружения соответствует минимальному обнаруживаемому отклонению поля намагниченности, равному 10 нТл,

или

когда магнитные частицы представляют собой молекулярные наночастицы или магнитный объект, переключаемые посредством превышения предварительно определенного порога переключения в единицах переключающего физического свойства, который действует как команда переключения,

при известных предварительно определенных физических условиях, посредством изменения величины физического свойства в предварительно определенном диапазоне физического свойства,

определения кривой в виде динамики в зависимости от величины физического свойства разности между первым набором измерений дифференциального напряжения и вторым набором измерений напряжения, причем первый набор измерений напряжения осуществляется первым датчиком, который имеет на себе магнитные частицы, а второй набор измерений напряжения осуществляется вторым датчиком, который не имеет на себе магнитных частиц, и затем

обнаружения присутствия магнитных частиц или магнитного объекта, когда данная кривая выявляет интервал переключающего физического свойства, в котором происходит переход, имеющий амплитуду больше, чем предварительно определенный порог обнаружения, причем предварительно определенный порог обнаружения соответствует минимальному обнаруживаемому отклонению поля намагниченности, равному 10 нТл.

В соответствии с конкретными вариантами осуществления первой и второй микромагнитометрических систем, в которых магнитные частицы принадлежат к семейству из:

- Любых переключаемых молекулярных наночастиц в форме A_hB_k[M(CN)₆]_I⋅mH₂O, где A может представлять собой Co, Ni, Fe и т.д., B и M могут представлять собой различные переходные металлы (Fe^II, Fe^III, Mn^II, Mn^III, fml aCo^II, Co^III, …), и C представляет собой катион щелочного металла;

- Любых парамагнитных частиц: Fe₂O₃, Fe₃O₄, Fe@Fe₃O₄, CoFe@Fe₃O₄, Ni, …;

- Любых ферромагнитных частиц: Fe, CoFe, Ni;

- Любых антиферромагнитных частиц;

- Любых частиц с многослойной структурой из наночастиц Ti/Fe, Cr, NiO, Co₃O₄, a-Fe₂O₃, CuO, MnO, Cr₂O₃;

- Любых магнитных гранул, изготовленных из Fe₃O₄ в полимерной матрице, сферической формы и любого размера в диапазоне от 50 нм до 10 мкм.

Изобретение относится также к первому способу обнаружения для обнаружения присутствия сверхмалых количеств магнитных частиц, осуществляемому микромагнитометрической системой, содержащему следующие этапы

во-первых, калибровки по температуре при первых известных предварительно определенных физических условиях первого магнитного датчика, когда система содержит единственный первый магнитный датчик, или набора из первого и второго магнитного датчика, когда магнитометрическая система содержит первый магнитный датчик и второй магнитный датчик, посредством предоставления первой калибровочной кривой фонового теплового шума; затем

осаждения неизвестного количества магнитных частиц на первый магнитный датчик; затем

при тех же первых известных предварительно определенных физических условиях, посредством изменения температуры в предварительно определенном диапазоне температуры,

когда магнитометрическая система содержит первый единственный магнитный датчик, выводящий вторую кривую в виде динамики измерений дифференциального напряжения, осуществляемых первым датчиком, в зависимости от температуры, или,

когда магнитометрическая система содержит первый магнитный датчик и второй магнитный датчик, выводящие первый набор измерений дифференциального напряжения, осуществляемых первым датчиком, который имеет на себе магнитные частицы, и второй набор измерений дифференциального напряжения, осуществляемых вторым датчиком, который не имеет на себе магнитных частиц, и определения второй кривой в виде динамики в зависимости от температуры разности между первым набором измерений дифференциального напряжения и вторым набором измерений дифференциального напряжения;

определения третьей кривой как разности в зависимости от температуры между дифференциальными напряжениями второй кривой и дифференциальными напряжениями первой кривой в том же диапазоне температуры; и

обнаружения присутствия магнитных частиц, когда абсолютное значение разностей напряжений третьей кривой остается стабильно выше предварительно определенного порога обнаружения, или третья кривая выявляет температурный интервал, в котором происходит переход, имеющий амплитуду больше, чем предварительно определенный порог обнаружения, причем предварительно определенный порог обнаружения соответствует минимальному обнаруживаемому отклонению поля намагниченности, равному 10 нТл.

Изобретение также относится ко второму способу обнаружения для обнаружения присутствия сверхмалых количеств магнитных частиц, осуществляемому микромагнитометрической системой, содержащему следующие этапы

осаждения неизвестного количества магнитных частиц на первый магнитный датчик, причем данные магнитные частицы представляют собой молекулярные наночастицы, переключаемые посредством превышения предварительно определенного порога переключения в единицах переключающего физического свойства, который действует как команда переключения, затем

на следующем этапе, при известных предварительно определенных физических условиях, посредством изменения величины физического свойства в предварительно определенном диапазоне физического свойства,

когда магнитометрическая система содержит первый единственный магнитный датчик, выводящий первую кривую в виде динамики измерений дифференциального напряжения, осуществляемых первым датчиком, в зависимости от величины физического свойства, или

когда магнитометрическая система содержит первый магнитный датчик и второй магнитный датчик, выводящие первый набор измерений дифференциального напряжения, осуществляемых первым датчиком, который имеет на себе магнитные частицы, и второй набор измерений дифференциального напряжения, осуществляемых вторым датчиком, который не имеет на себе магнитных частиц, и определения первой кривой в виде динамики в зависимости от физического свойства разности между первым набором измерений дифференциального напряжения и вторым набором измерений дифференциального напряжения; затем

определения в предварительно определенном диапазоне физического свойства второй кривой как аппроксимирующей кривой из нижнего участка первой кривой, причем данный нижний участок первой кривой соответствует нижнему интервалу, включенному в предварительно определенный диапазон физического свойства, верхняя граница которого ниже, чем предварительно определенный порог переключения;

определения третьей кривой как разности в зависимости от величины переключающего физического свойства между дифференциальными напряжениями первой кривой и дифференциальными напряжениями второй кривой в том же диапазоне величины физического свойства; и

обнаружения присутствия магнитных частиц, когда третья кривая выявляет интервал переключающего физического свойства, в котором происходит переход, имеющий амплитуду больше, чем предварительно определенный порог обнаружения, причем предварительно определенный порог обнаружения соответствует минимальному обнаруживаемому отклонению поля намагниченности, равному 10 нТл.

В соответствии с конкретными вариантами осуществления во втором способе обнаружения для обнаружения присутствия сверхмалых количеств магнитных частиц переключающее физическое свойство представляет собой температуру, давление, оптическое облучение, электрическое поле, магнитное поле, химические гостевые молекулы.

Изобретение также относится к третьему способу обнаружения для обнаружения присутствия сверхмалых количеств магнитных частиц вплоть до одиночной магнитной частицы или одиночного магнитного объекта нано- или микромасштаба, осуществляемому микромагнитометрической системой, содержащему следующие этапы

осаждения неизвестного количества магнитных частиц или одиночного магнитного объекта на первый магнитный датчик, затем

или

при известных предварительно определенных физических условиях

выведения первого измерения напряжения, осуществляемого первым датчиком, который имеет на себе магнитные частицы, и второго измерения напряжения, осуществляемого вторым датчиком, который не имеет на себе магнитных частиц, и определения первой разности между первым измерением напряжения и вторым измерением напряжения; затем

обнаружения присутствия магнитных частиц или магнитного объекта, когда вторая разность в виде разности между первой разностью и контрольной разностью имеет амплитуду больше, чем предварительно определенный порог обнаружения,

причем контрольная разность представляет собой разность между первым измерением напряжения, осуществляемым первым датчиком, который не имеет на себе магнитных частиц, и вторым измерением напряжения, осуществляемым вторым датчиком, который не имеет на себе магнитных частиц, при тех же известных предварительно определенных физических условиях, и причем предварительно определенный порог обнаружения соответствует минимальному обнаруживаемому отклонению поля намагниченности, равному 10 нТл,

или

когда магнитные частицы представляют собой молекулярные наночастицы или один объект, переключаемый посредством превышения предварительно определенного порога переключения в единицах переключающего физического свойства, который действует как команда переключения,

при известных предварительно определенных физических условиях, посредством изменения величины физического свойства в предварительно определенном диапазоне физического свойства, затем

выведения первого набора измерений напряжения, осуществляемых первым датчиком, который имеет на себе магнитные частицы, и второго набора измерений напряжения, осуществляемых вторым датчиком, который не имеет на себе магнитных частиц, и определения кривой в виде динамики в зависимости от величины физического свойства разности между первым набором измерений дифференциального напряжения и вторым набором измерений напряжения; затем

обнаружения присутствия магнитных частиц или магнитного объекта, когда данная кривая выявляет интервал переключающего физического свойства, в котором происходит переход, имеющий амплитуду больше, чем предварительно определенный порог обнаружения, причем предварительно определенный порог обнаружения соответствует минимальному обнаруживаемому отклонению поля намагниченности, равному 10 нТл,

Изобретение также относится к чувствительной к влажности или газу измерительной системе, содержащей микромагнитометрическую систему, в которой частицы представляют собой молекулярные наночастицы, переключаемые посредством превышения предварительно определенного температурного порога переключения, причем предварительно определенный температурный порог переключения зависит от степени влажности окружающей среды или от концентрации в окружающей среде любого пара молекул во внешней среде,

и в которой

блок обработки выполнен с возможностью определения степени влажности или концентрации в окружающей среде пара молекул во внешней среде из измерений изменения магнитного поля магнитных частиц, которые чувствительны к степени влажности или к концентрации в окружающей среде пара молекул во внешней среде, и из предварительно определенной кривой соответствия между откалиброванной степенью влажности или откалиброванной концентрацией в окружающей среде пара молекул во внешней среде, измеренными с помощью другого способа, и соответствующим параметром, таким как температурный порог, температура перехода или ширина петли гистерезиса, определенным по изменению магнитного свойства магнитных частиц, обнаруживаемому с помощью микромагнитометрического способа, как определено выше в настоящем документе.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления в чувствительной к влажности или газу измерительной системе пар молекул во внешней среде, который можно обнаруживать, состоит из молекул во внешней среде из семейства, состоящего из N₂, He, I₂, CO₂, этанола, метанола, 2-пропанола, ацетона, D₂O, CS₂, CO, йода (I), брома (Br), хлора (Cl), бензола, толуола, хлорбензола, бромбензола, йодбензола, дихлорбензола, трихлорбензола, пиразина, пиридина, пиррола, тиофена, фурана, ТГФ (тетрагидрофурана).

Лучшему пониманию настоящего изобретения будет способствовать прочтение следующего описания, которое дано только в качестве примеров и со ссылкой на чертежи, на которых:

- фигура 1 представляет собой изображение архитектуры микромагнитометрической системы в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором возбуждающее магнитное поле H_AC генерируется средством, внешним по отношению к датчику;

- фигура 2 представляет собой планарное подробное изображение гибридного AMR/PHR многокольцевого магнитного датчика, используемого микромагнитометрической системой по фигуре 1;

- фигура 3 представляет собой изображение электрической схемы гибридного AMR/PHR многокольцевого магнитного датчика по фигуре 2;

- фигура 4 представляет собой изображение различных профилей напряжения обнаружения в зависимости от магнитного поля подмагничивания, причем каждый профиль характеризуется углом α ориентации, образованным между осью легкого намагничивания магнитного датчика и направлением внешнего магнитного поля;

- фигура 5 представляет собой изображение динамики чувствительности, выведенное из профилей по фигуре 4 в зависимости от угла α ориентации;

- фигура 6 представляет собой изображение архитектуры микромагнитометрической системы в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, в котором возбуждающее магнитное поле H_AC частично генерируется самим первым магнитным датчиком;

- фигура 7 представляет собой изображение архитектуры микромагнитометрической системы в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения, в которое добавлен второй магнитный датчик в качестве калибровочного магнитного датчика;

- фигура 8 представляет собой пример блок-схемы микромагнитометрического способа обнаружения, соответствующего первому варианту осуществления изобретения, причем данный способ осуществляют, когда магнитные частицы представляют собой молекулярные наночаст