On-chip planar metasurfaces for magnetic sensors with greatly enhanced sensitivity
Barrera, Aleix (Institut de Ciència de Materials de Barcelona)
Fourneau, Emile (University of Liège (Belgium))
Bort-Soldevila, Natanael (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Cunill-Subiranas, Jaume (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Valle Benedí, Nuria del (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Lejeune, Nicolas (University of Liège. Depàrtment of physics (Belgium))
Staňo, Michal (Brno University of Technology. Central European Institute of Technology)
Smekhova, Alevtina (Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie)
Mestres i Andreu, Narcís (Institut de Ciència de Materials de Barcelona)
Balcells Argemí, Lluís (Institut de Ciència de Materials de Barcelona)
Navau Ros, Carles (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física)
Uhlíř, Vojtěch (Brno University of Technology. Central European Institute of Technology)
Bending, Simon (University of Bath, Department of Physics)
Valencia, Sergio (Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie)
Silhanek, Alejandro (University of Liège. Depàrtment of physics (Belgium))
Palau, Anna (Institut de Ciència de Materials de Barcelona)

Data:	2025
Descripció:	15 pàg.
Resum:	Metamaterials with engineered structures have been extensively investigated for their capability to manipulate optical, acoustic, or thermal waves. In particular, magnetic metamaterials with precise geometry, shape, size and arrangement of their elemental blocks may be used to concentrate, focus, or guide magnetic fields. In this work, we show the potential of using soft-magnetic permalloy (Py) metasurfaces to tailor the physical properties of other magnetic structures at the local scale. As an illustration, the magnetic response of a Cobalt (Co) sensor bar placed at the core of a Py metasurface is investigated as a function of in-plane magnetic fields through the planar Hall effect. Our findings reveal that by appropriately selecting the metasurface geometrical parameters, we can adjust the Co bar's coercive field and susceptibility, leading to a huge enhancement in sensor sensitivity of over 2 orders of magnitude. Micromagnetic simulations, coupled with magneto-transport equations and X-ray photoemission electron measurements (XPEEM) with contrast from magnetic circular dichroism (XMCD), accurately capture this effect and provide insights into the underlying physical mechanisms. These findings can potentially enhance the performance and versatility of magnetic functional devices by using specifically designed structural magnetic materials.
Ajuts:	Agencia Estatal de Investigación PCI2021-122028-2A Agencia Estatal de Investigación PCI2021-122083-2A Agencia Estatal de Investigación PID2021-124680OB-I00 Agencia Estatal de Investigación PID2021-128410OB-I00 Ministerio de Ciencia e Innovación TED2021-130402B-I00 Ministerio de Ciencia e Innovación RED2022-134096-T Ministerio de Ciencia e Innovación PRE2019-09781 Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades CEX2023-001263-S Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2023/FI-2-00143
Drets:	Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, fins i tot amb finalitats comercials, sempre i quan es reconegui l'autoria de l'obra original.
Llengua:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió publicada
Matèria:	Magnetic flux concentrators ; Magnetic sensors ; Metamaterials ; Metasurfaces ; Micromagnetism
Publicat a:	ACS nano, Vol. 19, Issue 10 (March 2025) , p. 10461-10475, ISSN 1936-086X

DOI: 10.1021/acsnano.5c00422
PMID: 40050222

15 p, 4.2 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Articles > Articles de recerca
Articles > Articles publicats