Les technologies actuelles de capteurs magnétiques doivent trouver un compromis entre sensibilité, précision (linéarité) et niveau de bruit. Parmi elles, les capteurs à vortex sont déjà très utilisés, notamment pour le codage de position dans l'industrie, car ils offrent un bon niveau de stabilité et une faible dépendance à la température.
Cependant, les dispositifs existants sont principalement sensibles aux champs magnétiques dans le plan du capteur. Dans ce cas, le centre du vortex magnétique se déplace latéralement sous l'effet du champ, ce qui génère un signal mesurable, mais aussi du bruit lié à des phénomènes de piégeage/dépiégeage lors de ce mouvement sur des défauts du matériau.
Un nouveau design sensible aux champs hors du plan, un signal plus stable et moins bruité.
Dans ce contexte, des chercheurs du CEA-Irig ont conçu une architecture différente de capteur à vortex, cette fois sensible aux champs magnétiques hors du plan du dispositif. L'originalité du dispositif repose sur la géométrie de la couche magnétique sensible au champ: au lieu d'une structure très étendue et fine, la couche est beaucoup plus compacte et épaisse, avec des dimensions comparables en épaisseur et en diamètre. Cette modification change considérablement le comportement du vortex magnétique.
Dans ce nouveau régime, le cœur du vortex ne se déplace plus latéralement. Il se dilate ou se contracte sous l'effet du champ magnétique appliqué hors du plan. Ces variations sont plus régulières et réversibles, ce qui permet d'obtenir un signal plus propre et moins bruité.
Contrairement aux capteurs classiques, où le mouvement du vortex peut être irrégulier, le nouveau dispositif repose sur des variations continues et contrôlées de la structure magnétique. Cela se traduit par un meilleur rapport signal/bruit et une plus grande stabilité de mesure.
Grâce à leur grande sensibilité, leur stabilité thermique et leur faible bruit, ces nano-capteurs pourront déboucher sur plusieurs applications :
- la mesure de courant électrique sans contact, notamment dans la gestion des batteries des véhicules électriques ;
- des codeurs de position aux performances améliorées ;
- la détection tridimensionnelle des champs magnétiques permettant la reconstruction complète du champ magnétique dans l'espace (intensité et direction).
Ce nouveau type de capteur à vortex constitue ainsi une avancée importante dans le domaine de la magnétométrie. Il permet d'élargir les possibilités de mesure et d'améliorer la précision et la robustesse des dispositifs, avec des applications directes dans les technologies industrielles et énergétiques.