本文根据国立研究开发法人物质・材料研究机构的研究成果发布资料编译而成
日本物质材料研究机构（NIMS）功能性材料研究基地的主任研究员廖梅勇及研修生Zilong Zhang和Huanying Sun，与日本国际纳米结构研究中心（WPI-MANA）的独立研究员桑立雯和组长小泉聪，以及日本东北大学的户田雅也副教授等人组成的研究团队，利用金刚石成功开发出了即使在500℃的高温下也能以低功耗稳定工作的高灵敏度磁传感器。通过从理论上明确金刚石在高温下也能稳定驱动的机制，克服了现有高温磁传感器的缺点。
除了飞机和汽车发动机的转速传感器和速度传感器，勘探石油时的地磁变化检测和磁性矿物勘探等用途外，超智能社会（Society 5.0）的实现也离不开可在高温环境下稳定工作的磁传感器。但现有的高温磁传感器存在尺寸大、耗电量大，或者灵敏度低、在高温下无法稳定工作等缺点。
为此，研究人员一直在开发采用具备多传感功能的MEMS（Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统） ※1技术的μm尺寸小型、高灵敏度、低功耗磁传感器。此次，该研究团队利用目前在所有物质中拥有最高硬度和杨氏模量的金刚石，成功开发出了超高灵敏度的MEMS传感器。而且，金刚石具备5.5eV的宽带隙，即使在高温下电子也不容易被激发，有望以高灵敏度实现稳定的运行。对此，研究团队从理论和实验两方面对其进行了验证。
实验和理论验证的结果均显示，当金刚石的缺陷能级※2较深时，最大可在700℃的高温下作为传感器稳定工作。另外，通过组合使用即使在高温下也能受外部磁场影响而发生弹性变形的磁致伸缩材料※3，成功开发出了可以在500℃的高温下稳定工作的MEMS磁传感器。而且即使在500℃的高温下，灵敏度也达到10nT/√Hz。
金刚石MEMS磁传感器的悬臂结构与高温磁传感
此次的成果有望应用于内燃机、石油和矿物勘探、反应堆的材质劣化诊断以及太空用途等恶劣环境下的磁传感。
【名词解释】
※1微机电系统（MEMS，Micro-Electromechanical System）
是指将机械部件、传感器、致动器和电子电路集成在一个半导体基板、或玻璃基板、有机材料等上面的器件。主要部分包括用来形成立体形状和可动结构的牺牲层蚀刻工艺。现在已可以制作比微机电系统更小的机械结构，实现纳机电系统（NEMS：Nano-Electromechanical System）。
※2能级
根据量子力学理论，大量粒子在引力作用下结合的系统（分子、原子、原子核等）的能量为一系列的跳变值。按等级的高低来看就是能级。
※3磁致伸缩材料
磁致伸缩效应或磁应变为铁磁材料的特性，是指向铁磁材料施加磁场使之磁化后，形状发生变化的现象。磁致伸缩材料是可以在外部磁场的影响下发生弹性变形的磁性材料。
【论文信息】
题目：Effect of deep-defects excitation on mechanical energy dissipation of single-crystal diamond
期刊：Physical Review Letters
URL：journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.206802
题目：Enhancing Delta E Effect at High Temperatures of Galfenol/Ti/ Single-Crystal Diamond Resonators for Magnetic Sensing
期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 12, 23155 （2020）.
成果发布资料
编译：JST客观日本编辑部
