Detection of Magnetic Bacteria Using PHR Sensors with Trilayer Structure

In this study, we have fabricated magnetoresistive sensors of $50{\mu}m{\times}50{\mu}m$ cross type by trilayer structure of antiferromagnetic/nonmagnetic/ferromagnetic. The magnetic signal and magnetic domain of this sensor is measured. The sensor hysteresis loop is not in symmetrical at 0 Oe. This is may be due to the exchange coupling between ferromagnetic layer and anti ferromagnetic layer. This exchange bias value is 20 Oe. The sensor signal is measured at between the applied magnetic field and current. The sensor signal is measured between the applied magnetic field and current at $20^{\circ}$ and $90^{\circ}$ angles. The sensitivity of sensor signals is $20{\mu}V/Oe$ and $7{\mu}V/Oe$ at $20^{\circ}$ and $90^{\circ}$ angles, respectively. In addition, this sensor is also applied for the detection of magnetic bacteria at $20^{\circ}$ angle. From these results, we calculate the stray field of single bacteria is to be $5{\times}10^{-5}$Oe.

삼층박막 구조의 PHR 센서를 이용한 자기 박테리아 감지

마그네트론 스퍼터를 이용하여 반강자성/비자성/강자성의 삼층박막 $50{\mu}m{\times}50{\mu}m$ 크기의 십자 형태의 PHR 자기센서를 제작하고, 도메인스코프를 이용하여 외부자기장에 의한 PHR 센서의 자화거동을 관찰하였다. 또 자기저항 신호로부터 센서 특성 및 자기 민감도를 측정하였다. 삼층 구조의 PHR 센서에서 자기이력곡선 이동으로부터 측정한 교환결합력은 20 Oe였으며, $20^{\circ}$에서 자기 민감도는 $20{\mu}V/Oe$이였다. 이를 이용하여 자기 모멘트가 $10^{-13}emu$인 자기 박테리아를 $1{\times}10^3$개 정도의 분해능까지 측정하였으며, 또한 자기 민감도와 박테리아에 의한 출력 전압을 이용해 계산한 결과 박테리아 한 마리가 가지는 자기장의 크기는 $5{\times}10^{-5}Oe$이였다.