射频微波探测器是微波系统中的重要电子器件，在通讯、雷达、导航、遥感、电子工业、医疗、科学研究等方面具有广泛应用。近年来，随着通信技术的迅速发展，对未来微波探测器提出了更高的需求，如对微弱信号（μW以下）的高灵敏度检测，以及功耗低和易于小型化、集成化。利用电子自旋特性而不是电子电荷属性来构建微波探测器，有望解决上述挑战。

近期，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所曾中明团队与国内外科学家合作在基于电子自旋特性的微波探测器件研究方面取得了新的进展。他们利用薄膜制备技术精确控制纳米磁性薄膜的界面特性，巧妙地在“磁性自由层/隔离层/磁性固定层”三明治纳米结构中使自由层的磁矩垂直于薄膜平面，而固定层的磁矩平行于薄膜平面（图a）。由于两磁性层的磁矩成近90度排列，极大地提高了自旋注入效率。该结构具有优异的微波探测性能：在1 nW 的微弱信号作用下，其探测灵敏度高达75,400 mVmW-1 ，是半导体 Schottky 二极管探测器探测极限的20倍。同时，该器件体积是半导体微波探测器的1/50，易于集成。此外，该器件可在零磁场下工作，消除了对外加磁场的依赖，简化了器件结构，降低了功耗。该研究结果为设计新型高灵敏的纳米微波器件提供了重要指导。相关研究成果发表在近期 Nature Communications 上（Nature Communications，2016, 7: 11259）。

该研究工作得到了科技部重大仪器专项和国家自然科学基金资助。

 

（a）器件结构及测试原理示意图；（b）不同外加偏置电流作用下的微波响应曲线

 

更多精彩！欢迎关注“科普中国-科技前沿大师谈”官方微信（kjqydst）。

 

科学家研制出超高灵敏度的新型微波探测器

微波探测 电子器件 遥感

图文简介

射频微波探测器是微波系统中的重要电子器件，在通讯、雷达、导航、遥感、科学研究等方面具有广泛应用。