WO2017067710A1 - Magnetic temperature sensor, and method for determining a temperature - Google Patents

Magnetic temperature sensor, and method for determining a temperature Download PDF

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WO2017067710A1
WO2017067710A1 PCT/EP2016/071407 EP2016071407W WO2017067710A1 WO 2017067710 A1 WO2017067710 A1 WO 2017067710A1 EP 2016071407 W EP2016071407 W EP 2016071407W WO 2017067710 A1 WO2017067710 A1 WO 2017067710A1
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WO
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magnetic
layer
magnetization
gyrotropic
magnetic element
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PCT/EP2016/071407
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German (de)
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Inventor
Michael Curcic
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/36—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using magnetic elements, e.g. magnets, coils

Definitions

  • Magnetic temperature sensor method for determining a temperature
  • the invention relates to a magnetic temperature sensor and a method for determining a temperature.
  • the invention is based on a magnetic temperature sensor and a method for determining a temperature according to the preamble of the independent patent claims.
  • Conventional temperature sensors are based on the bolometric principle, which is based on the fact that the electrical resistance of a material changes under the influence of a temperature, as described for example in DE 102012216618 A1.
  • the change of the resistance can be detected by means of a current or voltage measurement and assigned to a temperature change.
  • EP 195434 A2 describes a magnetic temperature sensor comprising a magnetic element comprising at least two thin layers of two
  • Time differences between the folding of the domains in the different layers are measured, they are dependent on the temperature. By comparison with a characteristic, the time differences can be assigned to a temperature.
  • a temperature sensor comprises a magnetic element which comprises at least one magnetic layer whose magnetic properties depend on the temperature, the magnetic layer having a vortex-core magnetization distribution with a vortex core, the vortex core being formed in a layer plane and the vortex core being perpendicular is formed to the layer plane. Furthermore, the temperature sensor according to the invention comprises an excitation unit which is provided for exciting the vortex-shaped magnetization distribution to a gyrotropic magnetization movement, a detection unit which is provided for detecting a resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement and an evaluation unit for determining a temperature from the resonance frequency of the gyrotropic
  • the temperature sensor according to the invention has a very small size compared to known
  • Temperature sensor has a high sensitivity and measurement accuracy, because
  • Temperature sensor according to the invention has a low power consumption, since it is a resonant excitation.
  • inventive thermosensor since it is a resonant excitation.
  • Temperature sensor has a low self-heating, so that an uncooled operation is possible.
  • the temperature sensor according to the invention comprises the magnetic element, which in one embodiment comprises a plurality of magnetic layers, wherein the
  • Layers lie laterally side by side in one plane. This allows the
  • the magnetic element is formed as a magnetic layer stack, wherein the layer planes in the magnetic stack in parallel are arranged to each other.
  • the magnetic element can be made very compact and can be arranged on a surface to save space.
  • a detection unit of the temperature sensor according to the invention comprises in one embodiment an intermediate layer and a first layer with fixed magnetization.
  • the detection unit is applied to the magnetic element so that the intermediate layer is formed on the magnetic element and the first layer is arranged on the intermediate layer with a fixed magnetization direction.
  • the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement in this embodiment is determined by measuring the change in the resistance formed by the magnetic element and the detection unit. Such a resistive measurement can be realized with less effort compared to a capacitive measurement.
  • the exciter unit comprises a first electrode, a second layer which acts as a spin polarizer and a second electrode, wherein the magnetic element is arranged on the first electrode the second layer is applied to the magnetic element and the second electrode is formed on the second layer.
  • the detection unit comprising the
  • the intermediate layer is formed of a non-conductive material.
  • the detection unit comprising the intermediate layer and the first layer with fixed magnetization together with the magnetic element forms a magnetic Tunnel resistance (TMR).
  • TMR Magnetic Tunnel resistance
  • the intermediate layer is formed of a non-magnetic material.
  • the detection unit comprising the intermediate layer and the first fixed magnetization layer forms a giant magnetoresistor (GMR) together with the magnetic element. This advantageously makes it possible to manufacture the radiation sensor according to the invention using standard processes, in particular thin-film technology.
  • the detection unit is realized by a micro-coil which is arranged on the magnetic element so that it is exposed as possible to a maximum magnetic flux change, which arises locally by the gyrotropic magnetization movement of the vortex-shaped magnetization distribution.
  • the excitation unit is formed by an excitation element, which is a magnetic neighboring element, the at least one magnetic
  • Neighboring layer whose magnetic properties depend on the temperature comprises, wherein the adjacent magnetic layer of a wirbeiförmige
  • the excitation element comprises a
  • Magnetizing movement stimulates.
  • the stray fields of the neighboring magnetic element and of the magnetic element couple, so that the gyrotropic magnetization movement of the magnetic element is indirectly excited by the excitation of the gyrotropic magnetization movement of the magnetic neighboring element.
  • An advantage of this structure is that in the magnetic element by the excitation no Joulsche heat is generated, since the excitation is indirect.
  • Measurement accuracy of the temperature sensor according to the invention increases.
  • the magnetic element is excited to a resonant gyrotropic magnetization movement and the gyrotropic magnetization movement detected.
  • the resonant frequency of the gyrotropic motion is determined and assigned to a temperature based on a characteristic curve.
  • the temperature sensor according to the invention advantageously has a high sensitivity and measurement accuracy, since
  • the temperature sensor according to the invention advantageously has a low power consumption, since it is a resonant excitation. Furthermore, the temperature sensor according to the invention in the method for determining a
  • the detection of the gyrotropic magnetization movement takes place in one embodiment in that a spin motor force is determined by the gyrotropic
  • the spin motor force generally results from a movement of inhomogeneous spin arrangements.
  • the measurement of the spin motor force preferably takes place by means of a first contact and a second contact on a surface parallel to the plane of the gyrotropic
  • Magnetizing movement wherein the gyrotropic magnetization movement is detected as a voltage.
  • the detection of the gyrotropic magnetization movement takes place by a change in the magnetic flux as a measure of the gyrotropic
  • Magnetizing movement is detected.
  • a microcoil for this purpose is arranged on the magnetic element, so that they possible is exposed to a maximum magnetic flux change.
  • a plurality of micro-coils may be arranged on the magnetic element. The magnetic flux change induces a voltage in the microcoil. The frequency of
  • Induction voltage, which forms the detection signal corresponds to the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement.
  • the gyrotropic magnetization movement can be detected by detecting the changing electrical resistance that is formed by the magnetic element and the detection unit.
  • the frequency at which the resistance changes (detection signal) corresponds to the resonance frequency of the gyrotropic
  • Fig. 1 is a plan view of a magnetic layer in the ground state, the one
  • FIG. 2 shows a plan view of a magnetic element, which has several lateral effects
  • 3 is a cross section of the magnetic element, which comprises a stack of the plurality of magnetic layers is formed
  • Fig. 6 shows a cross section of a temperature sensor according to the invention without
  • Fig. 7 is a plan view of the magnetic layer on which a micro-coil is arranged;
  • Fig. 8 is a plan view of the magnetic element and a field element;
  • 9 is a plan view of the magnetic layer on which a first contact and a second contact are arranged, 10 shows a cross section of the magnetic element, which is arranged on a microstrip line spaced apart by an insulating layer,
  • Fig. 1 1 shows a cross section of the magnetic element, which is arranged in the microstrip line and
  • inventive temperature sensor shows.
  • a vortex state is characterized by a vortex-shaped magnetization distribution.
  • a vortex structure occurs, for example, in thin, ferromagnetic square platelets, in triangular platelets and in disc-shaped elements which
  • the vortex core 2 Center of vortex structure out of the plane.
  • the magnetization in the center pointing out of the plane is called the vortex core 2.
  • the area where the magnetization leaves the plane typically has a radius of about 10 nm.
  • the vortex-shaped magnetization distribution in the plane of the plate or disc-shaped element having a vortex core 2 in the center is called a vortex structure.
  • the vortex state has a special excitation mode in which the vortex structure in the plane moves about its ground state position. This special excitation mode is referred to below as the gyrotropic magnetization movement.
  • FIG. 1 shows the plan view of a magnetic layer 1 in the ground state, which in the xy plane a vortex-shaped magnetization distribution with a magnetic
  • the layer plane Magnetization distribution is present, hereinafter referred to as the layer plane.
  • the magnetic layer 1 is formed as a square plate. The areas that will limit the magnetic layer 1 as
  • the vortex-shaped magnetization distribution of the magnetic layer 1 in the plane may be oriented clockwise.
  • the vortex core 2 points in the same direction as in FIG. 1.
  • These two embodiments of the magnetic layer 1 differ in chirality.
  • a system assumes the state in which the sum of all energies is minimal.
  • the sum of all energies essentially results from three contributions, a scattered field energy, a magnetic anisotropy energy and an exchange energy.
  • the stray field energy is minimal when the spins are arranged parallel to the boundary surfaces, thereby promoting the formation of magnetic domains (areas of uniform magnetization) delimited by domain walls (bounding of the area of uniform magnetization).
  • the domain walls indicate an area in which the spin orientation of one domain transitions to the spin orientation of another domain. This transition is such that the exchange energy in this area is reduced. In samples of small dimensions, the exchange energy dominates, making the formation of domains energetically unfavorable. In samples whose dimensions are for example in the range of a few hundred nanometers, forms a vortex-shaped
  • Typical dimensions of the square platelets forming the magnetic layers 1, 1 a, 1 b, 1 c are 500 nm x 500 nm to 6 ⁇ x 6 ⁇ at a thickness of the layer between 50 nm and 150 nm. From a layer thickness of 10 nm and very small platelets of about 200 nm x 200 nm can also be a
  • the frequency at which the gyrotropic magnetization motion is excited depends on the dimensions of the magnetic layers. For low-frequency applications, for example, platelets in the range of 6 mx 6 ⁇ be used.
  • the magnetic layers 1, 1 a, 1 b, 1 c may be formed of a magnetostrictive material.
  • Fig. 2 shows the top view of three magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c, the one
  • the magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c are formed in the x-y plane.
  • a first magnetic layer 1 a, a second magnetic layer 1 b and a third magnetic layer 1 c are arranged side by side along the x-axis.
  • the vortex cores 2 of the first magnetic layer 1 a, the second magnetic layer 1 b and the third magnetic layer 1 c are perpendicular to the layer planes in which the vortex-shaped
  • Magnetization distributions of the magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c are formed.
  • a 2x2 array comprises four magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c.
  • the second magnetic layer 1 b is applied to the first magnetic layer 1 a
  • the third magnetic layer 1 c is applied to the second magnetic layer 1 b. This results in a layer stack comprising the first magnetic layer 1 a, the second magnetic layer 1 b and the third magnetic layer 1 c, which together form the magnetic element 3.
  • the layer planes are arranged parallel to one another.
  • FIG. 4 An embodiment of a detection unit 16 is shown in FIG. 4. The
  • Detection unit 16 comprises a first layer 5 with a fixed magnetization direction and an intermediate layer 4.
  • the intermediate layer 4 is applied to the magnetic element 3.
  • the first layer 5 is formed, so that the magnetic element 3 and the first layer 5 are spaced apart by the intermediate layer 4.
  • the distance between the magnetic element 3 and the first layer 5 is determined by the thickness of the intermediate layer 4.
  • the first layer 5 comprises
  • the magnetization direction of the first layer 5 can be maintained by an antiferromagnet, for example, iridium-manganese (IrMg). This is arranged on the first layer 5 (not shown here) and prevents a change in the Magnetization direction of the first layer 5.
  • the first layer 5 is made of cobalt-iron-boron (CoFeB).
  • the intermediate layer 4 is made of a
  • the stack shown in Fig. 4 is then in particular a TMR. This is preferably manufactured by thin-film technology.
  • the intermediate layer 4 is made of a
  • the magnetic element 3 together with the detection unit 16 forms a GMR.
  • the production preferably takes place by means of thin-film technology.
  • the electrical contacting takes place by means of two electrodes (not shown here), which are arranged on two opposite sides of the stack shown in Fig. 4.
  • the contacts are arranged laterally, so that the electrodes each extend over all the layers.
  • an electrode can be arranged on a side of the magnetic element 3 facing away from the intermediate layer 4, and a further electrode can be arranged on one of the
  • Intermediate layer 4 facing away from the first layer 5 may be arranged.
  • the magnetic element 3 comprises magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c arranged side by side as shown in FIG. 2, it is sufficient to apply the intermediate layer 4 and the first layer 5 to at least one of the magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c ,
  • the detection unit 16 detects the gyrotropic magnetization movement.
  • the magnetic element 3 forms in this embodiment together with the
  • Detection unit 16 an electrical resistance.
  • the intermediate layer 4 is formed of a non-conductive material
  • the magnetic element 3 and the first fixed magnetization direction layer 5 are constituted by an insulator made in FIG.
  • the intermediate layer 4 thus acts as a tunnel barrier.
  • the intermediate layer 4 acts as a tunnel barrier.
  • more or less electrons tunnel through the tunnel barrier.
  • the tunneling probability for the electrons is higher than if the spins on the left and right of the barrier are aligned antiparallel to each other.
  • the magnetization direction of the layer whose magnetization is variable can be determined on the basis of the resistance value.
  • the magnetic element 3 has no homogeneous but a vortex-shaped magnetization distribution. If the magnetic element 3 is excited to the gyrotropic magnetization movement, then the magnetization oscillates in the layer plane. Thus, the number of spins aligned parallel to the spins in the first layer 5 oscillates with the gyrotropic magnetization motion. This leads to a periodic change in the electrical resistance. The frequency at which the electrical resistance changes coincides with the resonant frequency of the gyrotropic ones
  • the intermediate layer is formed of a nonmagnetic material
  • the magnetic element 3 and the first fixed magnetization layer 5 together with the nonmagnetic intermediate layer 4 form a GMR.
  • the GMR effect causes the electrical resistance formed by two magnetic layers separated by a nonmagnetic layer to depend on the relative orientation of the magnetizations of the two magnetic layers. The electrical resistance is much higher with opposite magnetization than when the magnetizations of the magnetic layers are aligned in parallel. Analogous to the detection method of the gyrotropic magnetization movement using a TMR stack, the electrical resistance changes periodically when in the magnetic element 3, the gyrotropic
  • Magnetization movement is excited, since the number of spins, which are aligned parallel to the spins in the first layer 5, oscillates with the gyrotropic magnetization movement.
  • the frequency at which the electrical resistance changes coincides with the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement.
  • FIG. 5 shows an embodiment of an exciter unit 15.
  • the exciter unit 15 comprises a first electrode 7, a second layer 8, which acts as a spin polarizer, and a second electrode 6, wherein the magnetic element 3 is arranged on the first electrode 7, on the magnetic Element 3, the second layer 8 is applied and on the second layer 8, the second electrode 6 is formed.
  • a direct current is applied to the first electrode 7 and the second electrode 6, a direct current is applied.
  • the electrons first pass through the second layer 8, which acts as a spin polarizer.
  • the second layer 8 has different conductivities for different spin orientations. In particular, the conductivity dominates a specific spin orientation, while electrons dominate their spin from be reflected off of this specific spin orientation and ideally only electrons are transmitted with the specific spin orientation.
  • the DC current is spin polarized after passing through the second layer 8.
  • a spin-polarized direct current which flows perpendicular to the layer plane, the gyrotropic magnetization motion is excited.
  • a spin-polarized direct current which flows perpendicular to the layer plane
  • an electrically conductive layer is additionally applied between the second layer 8 and the magnetic element, which serves as a bonding agent or for the magnetic decoupling of the second layer 8 and the magnetic element 3 (not shown in FIG. 5).
  • FIG. 6 shows the detection unit 16 comprising the intermediate layer 4 and the first fixed magnetization layer 5 arranged between the magnetic element 3 and the first electrode 7 of the excitation unit 15 of FIG. 5.
  • the excitation unit 15 comprises the first electrode 7, the second layer 8, which acts as a spin polarizer, and the second electrode 6. On the first electrode 7, the first layer 5 is fixed
  • the intermediate layer 4 is applied.
  • the magnetic element 3 is arranged and on the magnetic element 3, the second layer 8 is applied.
  • the second electrode 6 is disposed on the second layer 8.
  • the detection unit 15 is integrated into the exciter unit 15 to save space.
  • the spin-polarized DC current which excites the gyrotropic magnetization movement, can also be used to determine the variable electrical resistance formed by the detection unit 16 and the magnetic element 3.
  • an electrical voltage is additionally measured, which drops over the electrical resistance, which is formed by the detection unit 16 and the magnetic element 3.
  • the electrical voltage and the electric current are linked via the electrical resistance. From the known electrical voltage and the known electric current strength, the electrical resistance can be determined at any time.
  • the magnetic layer 1 may be part of the magnetic element 3 that is made a plurality of magnetic layers 1, 1 a, 1 b, 1 c consists.
  • the detection unit 16 which is depicted in FIGS. 4 and 6, in this exemplary embodiment the detection of the gyrotropic movement takes place by means of a microcoil 9.
  • the microcoil 9 is arranged parallel to the layer plane. It is so arranged on the magnetic layer 1, whose gyrotropic magnetization motion is to be detected, that it is exposed to a maximum magnetic flux change. In the course of the gyrotropic
  • the magnetization changes in the area which surrounds the micro-coil 9, whereby the magnetic flux trapped by the micro-coil 9 changes over time.
  • an electric voltage is induced as long as the magnetic flux changes with time. Because the gyrotropic
  • Magnetizing movement is a periodic movement is also the
  • Induction voltage is a periodic signal whose frequency coincides with the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement.
  • the exciter unit 15 is formed by an excitation element 17, which comprises a neighboring magnetic element 10 which has at least one adjacent magnetic layer whose magnetic properties depend on the temperature the neighboring magnetic layer has a vortex-shaped magnetization distribution and which comprises an excitation unit 15 which gyrotropes the adjacent magnetic element 10
  • the magnetic layers 1, 1 a, 1 b, 1 c of the magnetic neighboring element 10 are hereinafter referred to as magnetic
  • Neighbor layers are called.
  • the magnetic neighboring element 10 is excited to the gyrotropic magnetization movement.
  • the stray magnetic fields of the neighboring magnetic element 10 and of the magnetic element 3 couple, so that the exciting element 15 excites the neighboring magnetic element 10, the magnetic element 3 to a joint, coupled gyrotropic magnetization movement with a resonant frequency.
  • the temperature of the magnetic element 3 changes, it changes
  • the measuring element 18 comprises the magnetic element 3 and the detection unit 16.
  • the excitation of the gyrotropic magnetization movement takes place by means of the excitation element 17 and the detection of the gyrotropic
  • Neighbor element 10 and magnetic element 3 are in the same plane, the xy- Plane arranged.
  • the vortex cores 2 of the magnetic elements 3, 10 are aligned along the z-direction.
  • the excitation element 17 is formed by the excitation unit 15 shown in FIG. 5, which in this case is the magnetic field
  • Neighboring element 10 instead of the magnetic element 3 encloses.
  • the detection unit 16 of the measuring element 18 is in one embodiment by the one shown in Fig. 4
  • Detection unit 16 formed or alternatively by the detection unit 16 shown in Fig. 7, which includes a micro-coil 9.
  • the neighboring magnetic element 10 is identical in construction to the magnetic element 3 of the measuring element 18.
  • FIG. 9 An alternative to the detection units 16 shown in FIGS. 4 and 7 is the detection unit 16 depicted in FIG. 9.
  • the magnetic layer 1 which may be part of a magnetic element 3
  • two electrical contacts 1 1, 12, a first contact 1 1 and a second contact 12 are arranged on the layer plane. An electric voltage is measured between the first contact 11 and the second contact 12 when the magnetic vortex core 2 becomes a gyrotropic one
  • Magnetizing a voltage is induced. This corresponds to the detection of a spin motor force, which is caused by the gyrotropic magnetization movement.
  • the spin motor force generally results from a movement
  • FIG. 10 shows an alternative excitation unit 15.
  • the magnetic element 3 is arranged on an insulator 13, which is formed as a layer.
  • the insulator 13 is disposed on a microstrip line 14 which extends along the y-direction.
  • the magnetic element 3 is electrically isolated from the microstrip line 14 by the insulator 13.
  • an alternating current is applied, whose frequency corresponds to the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement.
  • This produces an alternating magnetic field whose frequency corresponds to the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement and whose field lines run concentrically around the microstrip line 14.
  • the magnetic element 3 is thus one exposed to alternating magnetic field, which stimulates the gyrotropic magnetization movement.
  • the excitation unit 15 is realized as shown in Fig. 1 1.
  • the magnetic element 3 is inserted into a microstrip line 14, so that the
  • Layer layer in a plane with the microstrip line 14 is located. If an alternating electrical current is applied to the microstrip line 14 in the y-direction, for example, whose frequency corresponds to the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement, then the alternating current flows through the magnetic element 3 along the layer plane. Upon entering the magnetic element 3, the electrons strike a magnetic material in which the spins are oriented along a preferred direction. This ensures that different spin orientations are different
  • the temperature sensor according to the invention comprises a detection unit 16 and an excitation unit 15. These are preferably in accordance with the figures Fig. 3 to Fig. 1 1. executed. Furthermore, it comprises an evaluation unit 19.
  • the measuring principle of the temperature sensor according to the invention is based on the fact that the magnetic properties of the magnetic element 3 depend on the temperature,
  • the magnetic element 3 has a temperature-dependent magnetic anisotropy.
  • the resonant frequency of the gyrotropic movement depends on the magnetic properties, in particular the magnetic anisotropy, of the magnetic element 3.
  • the resonance frequency is a measure of the magnetic properties, which in turn represent a measure of the temperature.
  • Temperature sensor is illustrated by a flow chart in Fig. 12.
  • the magnetic element 3 is excited by means of the excitation unit 15 to a resonant gyrotropic magnetization movement and the gyrotropic magnetization movement is detected by means of the detection unit 16.
  • the resonant frequency (designated by f in FIG. 12) of the gyrotropic magnetization motion is determined using, for example, a Phase locked loop determined and assigned based on a characteristic of a temperature (in Fig. 12 denoted by T).
  • T characteristic of a temperature
  • the relationship between the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement and the temperature is determined in a single calibration measurement and is stored in the evaluation unit 19.
  • the output of the temperature sensor according to the invention is the temperature determined from the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement.
  • the magnetic element 3 comprises a plurality of magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c, it is generally possible to determine the temperature by a dispersion relation of the
  • magnetic element 3 are used. It is possible to consider the frequency change of one or more excitation modes of the magnetic element 3 for determining the temperature. The assignment between frequency and temperature, for example, as described above, based on a characteristic.

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Abstract

The invention relates to a temperature sensor comprising a magnetic element (3) which comprises at least one magnetic layer (1), the magnetic properties of which depend on the temperature, characterized in that the magnetic layer (1) has a vortex-like magnetization distribution with a magnetic vortex core (2), wherein the vortex-like magnetization distribution is formed in a layer plane and the vortex core (2) is formed perpendicular to the layer plane, an exciter unit (15) which is provided for the purpose of exciting the vortex-like magnetization distribution to perform a gyrotropic magnetization movement, a detection unit (16) which is provided for the purpose of detecting a resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement, and an evaluation unit (19) is provided for the purpose of determining a temperature from the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Magnetischer Temperatursensor, Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur Die Erfindung betrifft einen magnetischen Temperatursensor und ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur.  Magnetic temperature sensor, method for determining a temperature The invention relates to a magnetic temperature sensor and a method for determining a temperature.
Stand der Technik Die Erfindung geht von einem magnetischen Temperatursensor und einem Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche aus. PRIOR ART The invention is based on a magnetic temperature sensor and a method for determining a temperature according to the preamble of the independent patent claims.
Herkömmliche Temperatursensoren beruhen auf dem bolometrischen Prinzip, welches darauf basiert, dass sich der elektrische Widerstand eines Materials unter Einfluss einer Temperatur ändert, wie dies beispielsweise in DE 102012216618 A1 beschrieben ist. Die Änderung des Widerstands kann mithilfe einer Strom- oder Spannungsmessung detektiert und einer Temperaturänderung zugeordnet werden. Conventional temperature sensors are based on the bolometric principle, which is based on the fact that the electrical resistance of a material changes under the influence of a temperature, as described for example in DE 102012216618 A1. The change of the resistance can be detected by means of a current or voltage measurement and assigned to a temperature change.
In EP 195434 A2 wird ein magnetischer Temperatursensor beschrieben, der ein magnetisches Element umfasst, das mindestens zwei dünne Schichten zweier EP 195434 A2 describes a magnetic temperature sensor comprising a magnetic element comprising at least two thin layers of two
verschiedener ferromagnetischer Materialien enthält, wobei für jede der beiden Schichten eine leichte Achse ausgebildet wird, um sie empfindlich gegenüber dem großen containing various ferromagnetic materials, wherein for each of the two layers a slight axis is formed to make them sensitive to the large
Barckhausen Effekt zu machen. Durch Anlegen eines magnetischen Feldes tritt der Barckhausen Effekt zeitlich versetzt in den verschiedenen Schichten auf. Die Barckhausen effect to make. By applying a magnetic field, the Barckhausen effect occurs at different times in the different layers. The
Zeitdifferenzen zwischen dem Umklappen der Domänen in den verschiedenen Schichten werden gemessen, sie sind abhängig von der Temperatur. Durch Vergleich mit einer Kennlinie können die Zeitdifferenzen einer Temperatur zugeordnet werden. Time differences between the folding of the domains in the different layers are measured, they are dependent on the temperature. By comparison with a characteristic, the time differences can be assigned to a temperature.
Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung gibt einen Temperatursensor und ein Verfahren zur Disclosure of the invention The present invention provides a temperature sensor and a method for
Bestimmung einer Temperatur an. Determination of a temperature.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Ein erfindungsgemäßer Temperatursensor umfasst ein magnetisches Element, das mindestens eine magnetische Schicht, deren magnetische Eigenschaften von der Temperatur abhängen, umfasst, wobei die magnetische Schicht eine wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung mit einem magnetischen Vortexkern aufweist, wobei die wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung in einer Schichtebene ausgebildet ist und der Vortexkern senkrecht zur Schichtebene ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst der erfindungsgemäße Temperatursensor eine Erregereinheit, die zur Anregung der wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung zu einer gyrotropen Magnetisierungsbewegung vorgesehen ist, eine Detektionseinheit, die zur Detektion einer Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung vorgesehen ist und eine Auswerteeinheit zur Bestimmung einer Temperatur aus der Resonanzfrequenz der gyrotropen A temperature sensor according to the invention comprises a magnetic element which comprises at least one magnetic layer whose magnetic properties depend on the temperature, the magnetic layer having a vortex-core magnetization distribution with a vortex core, the vortex core being formed in a layer plane and the vortex core being perpendicular is formed to the layer plane. Furthermore, the temperature sensor according to the invention comprises an excitation unit which is provided for exciting the vortex-shaped magnetization distribution to a gyrotropic magnetization movement, a detection unit which is provided for detecting a resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement and an evaluation unit for determining a temperature from the resonance frequency of the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung vorgesehen ist. Vorteilhaft ist, dass der erfindungsgemäße Temperatursensor eine sehr geringe Baugröße verglichen mit bekannten Magnetizing movement is provided. It is advantageous that the temperature sensor according to the invention has a very small size compared to known
Temperatursensoren aufweist. Des Weiteren weist der erfindungsgemäße Having temperature sensors. Furthermore, the inventive
Temperatursensor eine hohe Sensitivität und Messgenauigkeit auf, da Temperature sensor has a high sensitivity and measurement accuracy, because
Frequenzmessungen sich durch eine hohe Genauigkeit auszeichnen. Der Frequency measurements are characterized by high accuracy. Of the
erfindungsgemäße Temperatursensor weist eine geringe Leistungsaufnahme auf, da es sich um eine resonante Anregung handelt. Zudem weist der erfindungsgemäße Temperature sensor according to the invention has a low power consumption, since it is a resonant excitation. In addition, the inventive
Temperatursensor eine geringe Eigenerwärmung auf, sodass ein ungekühlter Betrieb möglich ist. Temperature sensor has a low self-heating, so that an uncooled operation is possible.
Der erfindungsgemäße Temperatursensor umfasst das magnetische Element, welches in einer Ausführungsform mehrere magnetische Schichten umfasst, wobei die The temperature sensor according to the invention comprises the magnetic element, which in one embodiment comprises a plurality of magnetic layers, wherein the
Schichtebenen lateral nebeneinander in einer Ebene liegen. Dies ermöglicht die Layers lie laterally side by side in one plane. This allows the
Herstellung eines dünnen, flächig ausgebildeten Temperatursensors. Ein Vorteil ist, dass diese Anordnung eine Temperaturentkopplung zwischen dem Temperatursensor und der Anregeeinheit sowie dem Temperatursensor und der Detektionseinheit ermöglicht, wodurch die Messgenauigkeit des Temperatursensors erhöht werden kann. In einer alternativen Ausführungsform wird das magnetische Element als magnetischer Schichtstapel ausgebildet, wobei die Schichtebenen in dem magnetischen Stapel parallel zueinander angeordnet sind. Ein Vorteil ist, dass das magnetische Element sehr kompakt ausgebildet werden kann und platzsparend auf einer Fläche angeordnet werden kann. Production of a thin, areal trained temperature sensor. One advantage is that this arrangement enables a temperature decoupling between the temperature sensor and the excitation unit and the temperature sensor and the detection unit, whereby the measurement accuracy of the temperature sensor can be increased. In an alternative embodiment, the magnetic element is formed as a magnetic layer stack, wherein the layer planes in the magnetic stack in parallel are arranged to each other. One advantage is that the magnetic element can be made very compact and can be arranged on a surface to save space.
Eine Detektionseinheit des erfindungsgemäßen Temperatursensors umfasst in einer Ausführungsform eine Zwischenschicht und eine erste Schicht mit fester Magnetisierung. Die Detektionseinheit wird auf das magnetische Element aufgebracht, sodass auf dem magnetischen Element die Zwischenschicht ausgebildet ist und auf der Zwischenschicht die erste Schicht mit einer festen Magnetisierungsrichtung angeordnet ist. A detection unit of the temperature sensor according to the invention comprises in one embodiment an intermediate layer and a first layer with fixed magnetization. The detection unit is applied to the magnetic element so that the intermediate layer is formed on the magnetic element and the first layer is arranged on the intermediate layer with a fixed magnetization direction.
Vorteilhafterweise wird die Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung in diesem Ausführungsbeispiel über eine Messung der Änderung des Widerstands, der durch das magnetische Element und die Detektionseinheit gebildet wird, ermittelt. Eine solche resistive Messung ist gegenüber einer kapazitiven Messung mit weniger Aufwand realisierbar.. Die Erregereinheit umfasst in einer Ausführungsform eine erste Elektrode, eine zweite Schicht, die als Spinpolarisator wirkt und eine zweite Elektrode, wobei das magnetische Element auf der ersten Elektrode angeordnet ist, auf dem magnetischen Element die zweite Schicht aufgebracht ist und auf der zweiten Schicht die zweite Elektrode ausgebildet ist. Vorteilhafterweise wird durch Anlegen eines Gleichstroms an die Advantageously, the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement in this embodiment is determined by measuring the change in the resistance formed by the magnetic element and the detection unit. Such a resistive measurement can be realized with less effort compared to a capacitive measurement. In one embodiment, the exciter unit comprises a first electrode, a second layer which acts as a spin polarizer and a second electrode, wherein the magnetic element is arranged on the first electrode the second layer is applied to the magnetic element and the second electrode is formed on the second layer. Advantageously, by applying a direct current to the
Erregereinheit mit dem magnetischen Element die wirbeiförmige Exciter unit with the magnetic element the wirbeiförmige
Magnetisierungsverteilung zu einer gyrotropen Magnetisierungsbewegung angeregt.  Magnetization distribution excited to a gyrotropic magnetization movement.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Detektionseinheit, umfassend die In a further embodiment, the detection unit, comprising the
Zwischenschicht und die erste Schicht mit fester Magnetisierung, zwischen dem magnetischen Element und der ersten Elektrode der Erregereinheit, welche die erste Elektrode, die zweite Schicht, die als Spinpolarisator wirkt und die zweite Elektrode umfasst, sodass auf der ersten Elektrode die erste Schicht mit fester Magnetisierung angeordnet ist und auf der ersten Schicht mit fester Magnetisierung die Zwischenschicht aufgebracht ist. Auf der Zwischenschicht ist das magnetische Element angeordnet, wobei auf dem magnetischen Element die zweite Schicht aufgebracht ist. Die zweite Elektrode ist auf der zweiten Schicht angeordnet. Ein Vorteil ist, dass somit die Erregereinheit und die Detektionseinheit kompakt in einem Stapel angeordnet sind. Intermediate layer and the first layer with fixed magnetization, between the magnetic element and the first electrode of the exciting unit, which comprises the first electrode, the second layer, which acts as a spin polarizer and the second electrode, so that on the first electrode, the first layer with fixed magnetization is arranged and on the first layer with fixed magnetization, the intermediate layer is applied. On the intermediate layer, the magnetic element is arranged, wherein on the magnetic element, the second layer is applied. The second electrode is disposed on the second layer. One advantage is that the excitation unit and the detection unit are thus arranged compactly in a stack.
Insbesondere ist die Zwischenschicht aus einem nichtleitenden Material ausgebildet. Die Detektionseinheit, umfassend die Zwischenschicht und die erste Schicht mit fester Magnetisierung bildet zusammen mit dem magnetischen Element einen magnetischen Tunnelwiderstand (TMR). Ein Vorteil dieses Aufbaus ist, dass eine Herstellung des erfindungsgemäßen Strahlungssensors unter Verwendung von Standard-Prozessen, insbesondere der Dünnschichttechnik, möglich ist. Alternativ wird die Zwischenschicht aus einem nichtmagnetischen Material ausgebildet. Folglich bildet die Detektionseinheit, umfassend die Zwischenschicht und die erste Schicht mit fester Magnetisierung, zusammen mit dem magnetischen Element einen Riesenmagnetowiderstand (GMR). Dadurch wird vorteilhafterweise eine Herstellung des erfindungsgemäßen Strahlungssensors unter Verwendung von Standard-Prozessen, insbesondere der Dünnschichttechnik, ermöglicht. In particular, the intermediate layer is formed of a non-conductive material. The detection unit comprising the intermediate layer and the first layer with fixed magnetization together with the magnetic element forms a magnetic Tunnel resistance (TMR). An advantage of this structure is that a production of the radiation sensor according to the invention using standard processes, in particular the thin-film technology, is possible. Alternatively, the intermediate layer is formed of a non-magnetic material. Thus, the detection unit comprising the intermediate layer and the first fixed magnetization layer forms a giant magnetoresistor (GMR) together with the magnetic element. This advantageously makes it possible to manufacture the radiation sensor according to the invention using standard processes, in particular thin-film technology.
Alternativ wird die Detektionseinheit durch eine Mikrospule realisiert, die so auf dem magnetischen Element angeordnet ist, dass sie möglichst einer maximalen magnetischen Flussänderung ausgesetzt ist, die durch die gyrotrope Magnetisierungsbewegung der wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung lokal entsteht. Ein Vorteil ist, dass hierbei weniger Joulsche Wärme entsteht, da kein Teststrom benötigt wird, um die Messung durchzuführen. Dadurch wird die Sensitivität und die Genauigkeit des Temperatursensors erhöht. In einer Ausführungsform wird die Erregereinheit durch ein Erregerelement gebildet, welches ein magnetisches Nachbarelement, das mindestens eine magnetische Alternatively, the detection unit is realized by a micro-coil which is arranged on the magnetic element so that it is exposed as possible to a maximum magnetic flux change, which arises locally by the gyrotropic magnetization movement of the vortex-shaped magnetization distribution. One advantage is that there is less Joule heat since no test current is needed to perform the measurement. This increases the sensitivity and accuracy of the temperature sensor. In one embodiment, the excitation unit is formed by an excitation element, which is a magnetic neighboring element, the at least one magnetic
Nachbarschicht, deren magnetische Eigenschaften von der Temperatur abhängen, umfasst, wobei die magnetische Nachbarschicht eine wirbeiförmige Neighboring layer whose magnetic properties depend on the temperature comprises, wherein the adjacent magnetic layer of a wirbeiförmige
Magnetisierungsverteilung aufweist. Zudem umfasst das Erregerelement eine Has magnetization distribution. In addition, the excitation element comprises a
Erregereinheit, die das magnetische Nachbarelement zu einer gyrotropen Exciter unit, which makes the neighboring magnetic element to a gyrotropic
Magnetisierungsbewegung anregt. Die Streufelder des magnetischen Nachbarelements und des magnetischen Elements koppeln, sodass durch die Anregung der gyrotropen Magnetisierungsbewegung des magnetischen Nachbarelements indirekt auch die gyrotrope Magnetisierungsbewegung des magnetischen Elements angeregt wird. Ein Vorteil dieses Aufbaus ist, dass im magnetischen Element durch die Anregung keine Joulsche Wärme entsteht, da die Anregung indirekt erfolgt. Somit wird die  Magnetizing movement stimulates. The stray fields of the neighboring magnetic element and of the magnetic element couple, so that the gyrotropic magnetization movement of the magnetic element is indirectly excited by the excitation of the gyrotropic magnetization movement of the magnetic neighboring element. An advantage of this structure is that in the magnetic element by the excitation no Joulsche heat is generated, since the excitation is indirect. Thus, the
Messgenauigkeit des erfindungsgemäßen Temperatursensors erhöht. Measurement accuracy of the temperature sensor according to the invention increases.
In einem Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur mittels eines erfindungsgemäßen Temperatursensors wird das magnetische Element zu einer resonanten gyrotropen Magnetisierungsbewegung angeregt und die gyrotrope Magnetisierungsbewegung detektiert. Die Resonanzfrequenz der gyrotropen Bewegung wird bestimmt und anhand einer Kennlinie einer Temperatur zugeordnet. Der erfindungsgemäße Temperatursensor weist vorteilhafterweise eine hohe Sensitivität und Messgenauigkeit auf, da In a method for determining a temperature by means of a temperature sensor according to the invention, the magnetic element is excited to a resonant gyrotropic magnetization movement and the gyrotropic magnetization movement detected. The resonant frequency of the gyrotropic motion is determined and assigned to a temperature based on a characteristic curve. The temperature sensor according to the invention advantageously has a high sensitivity and measurement accuracy, since
Frequenzmessungen sich durch eine hohe Genauigkeit auszeichnen. Zudem weist der erfindungsgemäße Temperatursensor vorteilhafterweise eine geringe Leistungsaufnahme auf, da es sich um eine resonante Anregung handelt. Des Weiteren unterliegt der erfindungsgemäße Temperatursensor bei dem Verfahren zur Bestimmung einer Frequency measurements are characterized by high accuracy. In addition, the temperature sensor according to the invention advantageously has a low power consumption, since it is a resonant excitation. Furthermore, the temperature sensor according to the invention in the method for determining a
Temperatur einer geringen Eigenerwärmung, sodass ein ungekühlter Betrieb möglich ist. Die Detektion der gyrotropen Magnetisierungsbewegung erfolgt in einer Ausführungsform dadurch, dass eine Spinmotorische Kraft bestimmt wird, die durch die gyrotrope Temperature of low self-heating, so that an uncooled operation is possible. The detection of the gyrotropic magnetization movement takes place in one embodiment in that a spin motor force is determined by the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung hervorgerufen wird. Die Spinmotorische Kraft resultiert im Allgemeinen aus einer Bewegung inhomogener Spinanordnungen. Die Messung der Spinmotorischen Kraft erfolgt bevorzugt mittels eines ersten Kontaktes und eines zweiten Kontaktes auf einer Oberfläche parallel zur Ebene der gyrotropen Magnetizing movement is caused. The spin motor force generally results from a movement of inhomogeneous spin arrangements. The measurement of the spin motor force preferably takes place by means of a first contact and a second contact on a surface parallel to the plane of the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung, wobei die gyrotrope Magnetisierungsbewegung als Spannung detektiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform zur Bestimmung der  Magnetizing movement, wherein the gyrotropic magnetization movement is detected as a voltage. In a preferred embodiment for determining the
Spinmotorischen Kraft wird das magnetische Element, auf dem die beiden elektrischen Kontakte, der erste Kontakt und der zweite Kontakt, angeordnet sind, auf einen Isolator aufgebracht, der wiederum auf einer von einem Wechselstrom durchflossenen Elektrode angeordnet ist. Es wird eine Spannung zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt gemessen, wenn der magnetische Vortexkern zu einer gyrotropen Bewegung angeregt ist, da durch die sich zeitlich ändernde Magnetisierung eine Spannung induziert wird. Dabei entspricht die Frequenz der induzierten Spannung, die ein Detektionssignal bildet, der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung. Ein Vorteil ist, dass hierbei weniger Joulsche Wärme entsteht, da kein Teststrom benötigt wird, um die Messung durchzuführen. Dadurch wird die Sensitivität und die Genauigkeit des Spin motor force, the magnetic element on which the two electrical contacts, the first contact and the second contact, are arranged, applied to an insulator, which in turn is arranged on an electrode through which an alternating current flows. A voltage between the first contact and the second contact is measured when the magnetic vortex core is excited to gyrotropic motion, since a voltage is induced by the time-varying magnetization. In this case, the frequency of the induced voltage which forms a detection signal corresponds to the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement. One advantage is that there is less Joule heat since no test current is needed to perform the measurement. This will increase the sensitivity and accuracy of the
Temperatursensors erhöht. Ein Aufbau zur Messung der Spinmotorischen Kraft wird in„Spin-motive force due to gyrating magnetic vortex" (Tanabe et al., Nature Communications (2012)) beschrieben. Temperature sensor increases. A setup for measuring the spin motor force is described in "Spin-motive force due to gyrating magnetic vortex" (Tanabe et al., Nature Communications (2012)).
Alternativ erfolgt die Detektion der gyrotropen Magnetisierungsbewegung, indem eine Änderung des magnetischen Flusses als Maß für die gyrotrope Alternatively, the detection of the gyrotropic magnetization movement takes place by a change in the magnetic flux as a measure of the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung detektiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird hierfür eine Mikrospule auf dem magnetischen Element angeordnet, sodass sie möglichst einer maximalen magnetischen Flussänderung ausgesetzt ist. Alternativ können mehrere Mikrospulen auf dem magnetischen Element angeordnet sein. Durch die magnetische Flussänderung wird eine Spannung in der Mikrospule induziert. Die Frequenz der Magnetizing movement is detected. In a preferred embodiment, a microcoil for this purpose is arranged on the magnetic element, so that they possible is exposed to a maximum magnetic flux change. Alternatively, a plurality of micro-coils may be arranged on the magnetic element. The magnetic flux change induces a voltage in the microcoil. The frequency of
Induktionsspannung, die das Detektionssignal bildet, entspricht der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung. Induction voltage, which forms the detection signal corresponds to the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement.
Bildet die Detektionseinheit zusammen mit dem magnetischen Element einen GMR oder einen TMR, so kann die gyrotrope Magnetisierungsbewegung detektiert werden, indem der sich ändernde elektrische Widerstand, der durch das magnetische Element und die Detektionseinheit gebildet wird, detektiert wird. Die Frequenz, mit der sich der Widerstand ändert (Detektionssignal), entspricht der Resonanzfrequenz der gyrotropen If the detection unit forms a GMR or a TMR together with the magnetic element, the gyrotropic magnetization movement can be detected by detecting the changing electrical resistance that is formed by the magnetic element and the detection unit. The frequency at which the resistance changes (detection signal) corresponds to the resonance frequency of the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung. Magnetization movement.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Es zeigen Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Like reference numerals in the figures indicate the same or equivalent elements. Show it
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine magnetische Schicht im Grundzustand, die eine Fig. 1 is a plan view of a magnetic layer in the ground state, the one
wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung mit einem magnetischen Vortexkern aufweist, Fig. 2 eine Draufsicht auf ein magnetisches Element, welches mehrere lateral FIG. 2 shows a plan view of a magnetic element, which has several lateral effects
nebeneinander angeordnete magnetische Schichten umfasst, comprises juxtaposed magnetic layers,
Fig. 3 einen Querschnitt des magnetischen Elements, welches als Stapel der mehrere magnetische Schichten umfasst, ausgebildet ist,  3 is a cross section of the magnetic element, which comprises a stack of the plurality of magnetic layers is formed,
Fig. 4 einen Querschnitt des magnetischen Elements mit einer Detektionseinheit,  4 shows a cross section of the magnetic element with a detection unit,
Fig. 5 einen Querschnitt des magnetischen Elements mit einer Erregereinheit, 5 shows a cross section of the magnetic element with an excitation unit,
Fig. 6 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Temperatursensors ohne Fig. 6 shows a cross section of a temperature sensor according to the invention without
Auswerteeinheit, evaluation,
Fig. 7 eine Draufsicht auf die magnetische Schicht auf der eine Mikrospule angeordnet ist, Fig. 8 eine Draufsicht auf das magnetische Element und ein Erregerelement,  Fig. 7 is a plan view of the magnetic layer on which a micro-coil is arranged; Fig. 8 is a plan view of the magnetic element and a field element;
Fig. 9 eine Draufsicht auf die magnetische Schicht, auf der ein erster Kontakt und ein zweiter Kontakt angeordnet sind, Fig. 10 einen Querschnitt des magnetischen Elements, welches durch eine isolierende Schicht beabstandet auf einer Mikrostreifenleitung angeordnet ist, 9 is a plan view of the magnetic layer on which a first contact and a second contact are arranged, 10 shows a cross section of the magnetic element, which is arranged on a microstrip line spaced apart by an insulating layer,
Fig. 1 1 einen Querschnitt des magnetischen Elements, welches in der Mikrostreifenleitung angeordnet ist und Fig. 1 1 shows a cross section of the magnetic element, which is arranged in the microstrip line and
Fig. 12 ein Ablaufdiagramm, das die Ermittlung einer Temperatur mithilfe eines 12 is a flowchart showing the determination of a temperature using a
erfindungsgemäßen Temperatursensors zeigt. inventive temperature sensor shows.
Ausführungsformen der Erfindung Ein Vortexzustand ist durch eine wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung charakterisiert. Eine Vortexstruktur tritt beispielsweise in dünnen, ferromagnetischen quadratischen Plättchen, in dreieckigen Plättchen und in scheibenförmigen Elementen auf, die Embodiments of the Invention A vortex state is characterized by a vortex-shaped magnetization distribution. A vortex structure occurs, for example, in thin, ferromagnetic square platelets, in triangular platelets and in disc-shaped elements which
Abmessungen im Mikrometerbereich und darunter aufweisen. Im Grundzustand ist hierbei eine wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung in der Ebene des Plättchens bzw. des scheibenförmigen Elements ausgebildet. Die wirbeiförmige Magnetisierung tritt im Have dimensions in the micrometer range and below. In the ground state in this case a vortex-shaped magnetization distribution in the plane of the plate or the disk-shaped element is formed. The vortex-shaped magnetization occurs in the
Zentrum der Vortexstruktur aus der Ebene heraus. Die Magnetisierung im Zentrum, die aus der Ebene heraus zeigt, wird als Vortexkern 2 bezeichnet. Der Bereich, in dem die Magnetisierung aus der Ebene heraustritt, weist typischerweise einen Radius von etwa 10 nm auf. Die wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung in der Ebene des Plättchens bzw. des scheibenförmigen Elements, die im Zentrum einen Vortexkern 2 aufweist, wird als Vortexstruktur bezeichnet. Der Vortexzustand weist eine spezielle Anregungsmode auf, bei der sich die Vortexstruktur in der Ebene um ihre Grundzustandsposition bewegt. Diese spezielle Anregungsmode wird im Folgenden als gyrotrope Magnetisierungsbewegung bezeichnet.  Center of vortex structure out of the plane. The magnetization in the center pointing out of the plane is called the vortex core 2. The area where the magnetization leaves the plane typically has a radius of about 10 nm. The vortex-shaped magnetization distribution in the plane of the plate or disc-shaped element having a vortex core 2 in the center is called a vortex structure. The vortex state has a special excitation mode in which the vortex structure in the plane moves about its ground state position. This special excitation mode is referred to below as the gyrotropic magnetization movement.
Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf eine magnetische Schicht 1 im Grundzustand, die in der x- y-Ebene eine wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung mit einem magnetischen 1 shows the plan view of a magnetic layer 1 in the ground state, which in the xy plane a vortex-shaped magnetization distribution with a magnetic
Vortexkern 2 im Zentrum aufweist. Diese Ebene, in der die wirbeiförmige Vortex core 2 in the center. This level, in which the wirbeiförmige
Magnetisierungsverteilung vorliegt, wird im Folgenden als Schichtebene bezeichnet. In dieser Ausführungsform ist die magnetische Schicht 1 als quadratisches Plättchen ausgebildet. Die Flächen, die die magnetische Schicht 1 begrenzen werden als Magnetization distribution is present, hereinafter referred to as the layer plane. In this embodiment, the magnetic layer 1 is formed as a square plate. The areas that will limit the magnetic layer 1 as
Begrenzungsflächen bezeichnet. In einer hier nicht dargestellten, weiteren Designated boundary surfaces. In another, not shown here
Ausführungsform kann die wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung der magnetischen Schicht 1 in der Ebene im Uhrzeigersinn orientiert sein. Der Vortexkern 2 zeigt in die gleiche Richtung wie in Fig. 1 . Diese beiden Ausführungsformen der magnetischen Schicht 1 unterscheiden sich in der Chiralität. Ein System nimmt den Zustand an, in dem die Summe aller Energien minimal ist. Bei der magnetischen Schicht 1 ergibt sich die Summe aller Energien im Wesentlichen aus drei Beiträgen, einer Streufeldenergie, einer magnetischen Anisotropieenergie und einer Austauschenergie. Die Streufeldenergie ist minimal, wenn die Spins parallel zu den Begrenzungsflächen angeordnet sind, wodurch die Ausbildung magnetischer Domänen (Bereiche einheitlicher Magnetisierung), die durch Domänenwände (Begrenzung des Bereichs einheitlicher Magnetisierung) voneinander abgegrenzt sind, begünstigt wird. Die Domänenwände bezeichnen einen Bereich, in dem die Spinausrichtung einer Domäne in die Spinausrichtung einer anderen Domäne übergeht. Dieser Übergang gestaltet sich derart, dass die Austauschenergie in diesem Bereich verringert wird. In Proben kleiner Abmessungen dominiert die Austauschenergie, wodurch die Bildung von Domänen energetisch ungünstig ist. In Proben, deren Abmessungen beispielsweise im Bereich einiger hundert Nanometer liegen, bildet sich eine wirbeiförmige Embodiment, the vortex-shaped magnetization distribution of the magnetic layer 1 in the plane may be oriented clockwise. The vortex core 2 points in the same direction as in FIG. 1. These two embodiments of the magnetic layer 1 differ in chirality. A system assumes the state in which the sum of all energies is minimal. In the case of the magnetic layer 1, the sum of all energies essentially results from three contributions, a scattered field energy, a magnetic anisotropy energy and an exchange energy. The stray field energy is minimal when the spins are arranged parallel to the boundary surfaces, thereby promoting the formation of magnetic domains (areas of uniform magnetization) delimited by domain walls (bounding of the area of uniform magnetization). The domain walls indicate an area in which the spin orientation of one domain transitions to the spin orientation of another domain. This transition is such that the exchange energy in this area is reduced. In samples of small dimensions, the exchange energy dominates, making the formation of domains energetically unfavorable. In samples whose dimensions are for example in the range of a few hundred nanometers, forms a vortex-shaped
Magnetisierungsverteilung in der Schichtebene aus. Im Zentrum der wirbeiförmigen Magnetisierungsverteilung dreht sich die Magnetisierung aus der Schichtebene heraus, da die Austauschenergie somit verringert wird. Es wäre unendlich viel Energie nötig, um die Magnetisierung in der Schichtebene zu halten. Diese Singularität wird durch das Herausdrehen der Magnetisierung aus der Schichtebene behoben. Diese aus der Schichtebene herausgedrehte Magnetisierung bildet den Vortexkern 2, der in diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zur Schichtebene in z-Richtung zeigt. Die magnetische Anisotropieenergie ändert sich mit der Temperatur. Dadurch verändert sich die Magnetization distribution in the layer plane off. In the center of the vortex-shaped magnetization distribution, the magnetization turns out of the layer plane, since the exchange energy is thus reduced. It would take an infinite amount of energy to keep the magnetization in the layer plane. This singularity is remedied by removing the magnetization from the layer plane. This magnetization rotated out of the layer plane forms the vortex core 2, which in this embodiment is perpendicular to the layer plane in the z direction. The magnetic anisotropy energy changes with temperature. This changes the
Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung mit der Temperatur. Die Wahl der Abmessungen der magnetischen Schicht 1 ist entscheidend für die Resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement with temperature. The choice of the dimensions of the magnetic layer 1 is crucial for the
Ausbildung einer Vortexstruktur. Typische Abmessungen der quadratischen Plättchen, die die magnetischen Schichten 1 , 1 a, 1 b, 1 c bilden, sind 500 nm x 500 nm bis 6 μηη x 6 μηη bei einer Dicke der Schicht zwischen 50 nm und 150 nm. Ab einer Schichtdicke von 10 nm und sehr kleinen Plättchen von ca 200 nm x 200 nm kann sich ebenfalls eine  Training a vortex structure. Typical dimensions of the square platelets forming the magnetic layers 1, 1 a, 1 b, 1 c are 500 nm x 500 nm to 6 μηη x 6 μηη at a thickness of the layer between 50 nm and 150 nm. From a layer thickness of 10 nm and very small platelets of about 200 nm x 200 nm can also be a
Vortexstruktur ausbilden. Die Frequenz mit der die gyrotrope Magnetisierungsbewegung angeregt wird hängt von den Abmessungen der magnetischen Schichten ab. Für niederfrequente Anwendungen werden beispielsweise Plättchen im Bereich von 6 m x 6 μηη verwendet. Insbesondere können in einer weiteren Ausführungsform die magnetischen Schichten 1 , 1 a, 1 b, 1 c aus einem magnetostriktiven Material ausgebildet sein. Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf drei magnetische Schichten 1 a, 1 b, 1 c, die ein Train vortex structure. The frequency at which the gyrotropic magnetization motion is excited depends on the dimensions of the magnetic layers. For low-frequency applications, for example, platelets in the range of 6 mx 6 μηη be used. In particular, in a further embodiment, the magnetic layers 1, 1 a, 1 b, 1 c may be formed of a magnetostrictive material. Fig. 2 shows the top view of three magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c, the one
magnetisches Element 3 bilden. Die magnetischen Schichten 1 a, 1 b, 1 c sind in der x-y- Ebene ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind eine erste magnetische Schicht 1 a, eine zweite magnetische Schicht 1 b und eine dritte magnetische Schicht 1 c entlang der x-Achse nebeneinander angeordnet. Die Vortexkerne 2 der ersten magnetischen Schicht 1 a, der zweiten magnetischen Schicht 1 b und der dritten magnetischen Schicht 1 c stehen senkrecht auf den Schichtebenen, in denen die wirbeiförmigen form magnetic element 3. The magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c are formed in the x-y plane. In this embodiment, a first magnetic layer 1 a, a second magnetic layer 1 b and a third magnetic layer 1 c are arranged side by side along the x-axis. The vortex cores 2 of the first magnetic layer 1 a, the second magnetic layer 1 b and the third magnetic layer 1 c are perpendicular to the layer planes in which the vortex-shaped
Magnetisierungsverteilungen der magnetischen Schichten 1 a, 1 b, 1 c ausgebildet sind. In einer alternativen Ausführungsform werden mehrere magnetische Schichten 1 a, 1 b, 1 c so angeordnet, dass die Schichtebenen der magnetischen Schichten 1 a, 1 b, 1 c in einer Ebene, beispielsweise der x-y-Ebene liegen und die magnetischen Schichten 1 , 1 a, 1 b, 1 c in Form einer Matrix (Array) angeordnet sind. So umfasst beispielsweise ein 2x2 Array vier magnetische Schichten 1 a, 1 b, 1 c. Magnetization distributions of the magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c are formed. In an alternative embodiment, a plurality of magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c arranged so that the layer planes of the magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c lie in a plane, for example, the xy plane and the magnetic layers 1, 1st a, 1 b, 1 c are arranged in the form of a matrix (array). For example, a 2x2 array comprises four magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c.
In einer alternative Ausführungsform des magnetischen Elements 3 wird auf die erste magnetischen Schicht 1 a die zweite magnetische Schicht 1 b aufgebracht und auf die zweite magnetische Schicht 1 b die dritte magnetische Schicht 1 c. Dadurch ergibt sich ein Schichtstapel, der die erste magnetische Schicht 1 a, die zweite magnetische Schicht 1 b und die dritte magnetische Schicht 1 c umfasst, die zusammen das magnetische Element 3 bilden. Die Schichtebenen sind parallel zueinander angeordnet. In an alternative embodiment of the magnetic element 3, the second magnetic layer 1 b is applied to the first magnetic layer 1 a, and the third magnetic layer 1 c is applied to the second magnetic layer 1 b. This results in a layer stack comprising the first magnetic layer 1 a, the second magnetic layer 1 b and the third magnetic layer 1 c, which together form the magnetic element 3. The layer planes are arranged parallel to one another.
Eine Ausgestaltung einer Detektionseinheit 16 ist in Fig. 4 dargestellt. Die An embodiment of a detection unit 16 is shown in FIG. 4. The
Detektionseinheit 16 umfasst eine erste Schicht 5 mit fester Magnetisierungsrichtung und eine Zwischenschicht 4. Die Zwischenschicht 4 wird auf das magnetische Element 3 aufgebracht. Auf der Zwischenschicht wird die erste Schicht 5 ausgebildet, sodass das magnetische Element 3 und die erste Schicht 5 durch die Zwischenschicht 4 beabstandet sind. Der Abstand zwischen dem magnetischen Element 3 und der ersten Schicht 5 wird durch die Dicke der Zwischenschicht 4 bestimmt. Die erste Schicht 5 umfasst Detection unit 16 comprises a first layer 5 with a fixed magnetization direction and an intermediate layer 4. The intermediate layer 4 is applied to the magnetic element 3. On the intermediate layer, the first layer 5 is formed, so that the magnetic element 3 and the first layer 5 are spaced apart by the intermediate layer 4. The distance between the magnetic element 3 and the first layer 5 is determined by the thickness of the intermediate layer 4. The first layer 5 comprises
vorzugsweise nur eine magnetische Domäne, die eine feste Magnetisierungsrichtung aufweist, das heißt die Magnetisierungsrichtung der ersten Schicht 5 wird durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes oder anderen Umgebungseinflüssen nicht verändert und weist somit immer die gleiche Magnetisierungsrichtung auf. Diese feste preferably only a magnetic domain having a fixed magnetization direction, that is, the magnetization direction of the first layer 5 is not changed by applying an external magnetic field or other environmental influences and thus always has the same direction of magnetization. This solid
Magnetisierungsrichtung der ersten Schicht 5 kann durch einen Antiferromagneten, beispielsweise Iridium-Mangan (IrMg), aufrechterhalten werden. Dieser wird auf der ersten Schicht 5 angeordnet (hier nicht dargestellt) und verhindert eine Änderung der Magnetisierungsrichtung der ersten Schicht 5. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Schicht 5 aus Kobalt-Eisen-Bor (CoFeB) ausgeführt. The magnetization direction of the first layer 5 can be maintained by an antiferromagnet, for example, iridium-manganese (IrMg). This is arranged on the first layer 5 (not shown here) and prevents a change in the Magnetization direction of the first layer 5. In a preferred embodiment, the first layer 5 is made of cobalt-iron-boron (CoFeB).
In einer weiterführenden Gestaltungsform ist die Zwischenschicht 4 aus einem In a further embodiment, the intermediate layer 4 is made of a
nichtleitenden Material ausgebildet. Der in Fig. 4 gezeigte Stapel ist dann insbesondere ein TMR. Dieser wird vorzugsweise mittels Dünnschichttechnik gefertigt. formed non-conductive material. The stack shown in Fig. 4 is then in particular a TMR. This is preferably manufactured by thin-film technology.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Zwischenschicht 4 aus einem In an alternative embodiment, the intermediate layer 4 is made of a
nichtmagnetischen Material ausgebildet. Damit bildet das magnetische Element 3 zusammen mit der Detektionseinheit 16 einen GMR. Die Fertigung erfolgt vorzugsweise mittels Dünnschichttechnik. Die elektrische Kontaktierung erfolgt mittels zweier Elektroden (hier nicht dargestellt), die an zwei gegenüberliegenden Seiten des in Fig. 4 gezeigten Stapels angeordnet werden. Vorzugsweise werden die Kontakte seitlich angeordnet, sodass die Elektroden sich jeweils über alle Schichten erstrecken. Alternativ kann eine Elektrode auf einer von der Zwischenschicht 4 abgewandeten Seite des magnetischen Elements 3 angeordnet werden und eine weitere Elektrode auf einer von der formed non-magnetic material. Thus, the magnetic element 3 together with the detection unit 16 forms a GMR. The production preferably takes place by means of thin-film technology. The electrical contacting takes place by means of two electrodes (not shown here), which are arranged on two opposite sides of the stack shown in Fig. 4. Preferably, the contacts are arranged laterally, so that the electrodes each extend over all the layers. Alternatively, an electrode can be arranged on a side of the magnetic element 3 facing away from the intermediate layer 4, and a further electrode can be arranged on one of the
Zwischenschicht 4 abgewandten Seite der ersten Schicht 5 angeordnet sein. Intermediate layer 4 facing away from the first layer 5 may be arranged.
Umfasst das magnetische Element 3 wie in Fig. 2 dargestellt nebeneinander angeordnete magnetische Schichten 1 a, 1 b, 1 c, so genügt es die Zwischenschicht 4 und die erste Schicht 5 auf mindestens einer der magnetischen Schichten 1 a, 1 b, 1 c aufzubringen. If the magnetic element 3 comprises magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c arranged side by side as shown in FIG. 2, it is sufficient to apply the intermediate layer 4 and the first layer 5 to at least one of the magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c ,
Die Detektionseinheit 16 detektiert die gyrotrope Magnetisierungsbewegung. Das magnetische Element 3 bildet in dieser Ausführungsform zusammen mit der The detection unit 16 detects the gyrotropic magnetization movement. The magnetic element 3 forms in this embodiment together with the
Detektionseinheit 16 einen elektrischen Widerstand. Ist die Zwischenschicht 4 aus einem nichtleitenden Material ausgebildet, so sind das magnetische Element 3 und die erste Schicht 5 mit fester Magnetisierungsrichtung durch einen Isolator, der in Detection unit 16 an electrical resistance. When the intermediate layer 4 is formed of a non-conductive material, the magnetic element 3 and the first fixed magnetization direction layer 5 are constituted by an insulator made in FIG
Dünnschichttechnik gefertigt ist, getrennt und bilden einen TMR. Die Zwischenschicht 4 wirkt somit als Tunnelbarriere. Je nachdem wie die Magnetisierungen des magnetischen Elements 3 und der ersten Schicht 5 mit fester Magnetisierung relativ zueinander ausgerichtet sind, tunneln mehr oder weniger Elektronen durch die Tunnelbarriere. Im Allgemeinen gilt, dass wenn die Spins rechts und links der Tunnelbarriere parallel zueinander ausgerichtet sind die Tunnelwahrscheinlichkeit für die Elektronen höher ist, als wenn die Spins links und rechts der Barriere antiparallel zueinander ausgerichtet sind. Somit ergeben sich für die beiden relativen Spinkonfigurationen, parallele und Thin-film technology is manufactured, separated and form a TMR. The intermediate layer 4 thus acts as a tunnel barrier. Depending on how the magnetizations of the magnetic element 3 and the first layer 5 are aligned with fixed magnetization relative to each other, more or less electrons tunnel through the tunnel barrier. In general, if the spins on the right and left of the tunnel barrier are aligned parallel to each other, the tunneling probability for the electrons is higher than if the spins on the left and right of the barrier are aligned antiparallel to each other. Thus arise for the two relative spin configurations, parallel and
antiparallele Spins, zwei verschiedene Widerstandswerte. Ist eine der Magnetisierungen fest, also nicht veränderlich, so kann anhand des Widerstandswertes die Magnetisierungsrichtung der Schicht, deren Magnetisierung veränderlich ist, ermittelt werden. Das magnetische Element 3 weist keine homogene sondern eine wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung auf. Wird das magnetische Element 3 zu der gyrotropen Magnetisierungsbewegung angeregt, so oszilliert die Magnetisierung in der Schichtebene. Somit oszilliert die Anzahl Spins, die parallel zu den Spins in der ersten Schicht 5 ausgerichtet sind, mit der gyrotropen Magnetisierungsbewegung. Dies führt zu einer periodischen Änderung des elektrischen Widerstands. Die Frequenz, mit der sich der elektrische Widerstand ändert, stimmt mit der Resonanzfrequenz der gyrotropen antiparallel spins, two different resistance values. Is one of the magnetizations fixed, ie not changeable, the magnetization direction of the layer whose magnetization is variable can be determined on the basis of the resistance value. The magnetic element 3 has no homogeneous but a vortex-shaped magnetization distribution. If the magnetic element 3 is excited to the gyrotropic magnetization movement, then the magnetization oscillates in the layer plane. Thus, the number of spins aligned parallel to the spins in the first layer 5 oscillates with the gyrotropic magnetization motion. This leads to a periodic change in the electrical resistance. The frequency at which the electrical resistance changes coincides with the resonant frequency of the gyrotropic ones
Magnetisierungsbewegung überein. Ist die Zwischenschicht aus einem nichtmagnetischen Material ausgebildet, so bilden das magnetische Element 3 und die erste Schicht 5 mit fester Magnetisierungsrichtung zusammen mit der nichtmagnetischen Zwischenschicht 4 einen GMR. Im Allgemeinen bewirkt der GMR-Effekt, dass der elektrische Widerstand, der durch zwei magnetische Schichten, die durch eine nichtmagnetische Schicht getrennt sind, gebildet wird, von der relativen Orientierung der Magnetisierungen der beiden magnetischen Schichten abhängt. Der elektrische Widerstand ist bei entgegengesetzter Magnetisierung wesentlich höher als wenn die Magnetisierungen der magnetischen Schichten parallel ausgerichtet sind. Analog zum Detektionsverfahren der gyrotropen Magnetisierungsbewegung unter Verwendung eines TMR-Stapels ändert sich der elektrische Widerstand periodisch, wenn im magnetischen Element 3 die gyrotropeMagnetization movement match. If the intermediate layer is formed of a nonmagnetic material, the magnetic element 3 and the first fixed magnetization layer 5 together with the nonmagnetic intermediate layer 4 form a GMR. In general, the GMR effect causes the electrical resistance formed by two magnetic layers separated by a nonmagnetic layer to depend on the relative orientation of the magnetizations of the two magnetic layers. The electrical resistance is much higher with opposite magnetization than when the magnetizations of the magnetic layers are aligned in parallel. Analogous to the detection method of the gyrotropic magnetization movement using a TMR stack, the electrical resistance changes periodically when in the magnetic element 3, the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung angeregt ist, da die Anzahl Spins, die parallel zu den Spins in der ersten Schicht 5 ausgerichtet sind, mit der gyrotropen Magnetisierungsbewegung oszilliert. Die Frequenz, mit der sich der elektrische Widerstand ändert, stimmt mit der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung überein. Somit wird mittels der Detektion der Änderung des elektrischen Widerstands die gyrotrope Magnetization movement is excited, since the number of spins, which are aligned parallel to the spins in the first layer 5, oscillates with the gyrotropic magnetization movement. The frequency at which the electrical resistance changes coincides with the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement. Thus, by means of the detection of the change in electrical resistance, the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung detektiert. Magnetizing movement detected.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Erregereinheit 15. Die Erregereinheit 15 umfasst eine erste Elektrode 7, eine zweite Schicht 8, die als Spinpolarisator wirkt und eine zweite Elektrode 6, wobei das magnetische Element 3 auf der ersten Elektrode 7 angeordnet ist, auf dem magnetischen Element 3 die zweite Schicht 8 aufgebracht ist und auf der zweiten Schicht 8 die zweite Elektrode 6 ausgebildet ist. An die erste Elektrode 7 und die zweite Elektrode 6 wird ein Gleichstrom angelegt. Die Elektronen passieren zunächst die zweite Schicht 8, die als Spinpolarisator wirkt. Die zweite Schicht 8 weist unterschiedliche Leitfähigkeiten für verschiedene Spinausrichtungen auf. Insbesondere dominiert die Leitfähigkeit einer spezifischen Spinausrichtung, während Elektronen deren Spin von dieser spezifischen Spinausrichtung abweichen reflektiert werden und im Idealfall nur Elektronen mit der spezifischen Spinausrichtung transmittiert werden. Somit ist der Gleichstrom nach Passieren der zweiten Schicht 8 spinpolarisiert. Mithilfe eines spinpolarisierten Gleichstroms, der senkrecht zur Schichtebene fließt, wird die gyrotrope Magnetisierungsbewegung angeregt. Beispielsweise ist aus„Magnetic vortex oscillator driven by dc-polarized current" (Pribiag et al., Nature Phys. 3 (2007)) bekannt, dass die Anregung einer gyrotropen Magnetisierungsbewegung mittels eines spinpolarisierten Gleichstroms möglich ist. Je nachdem welche Materialien für die verschiedenen Schichten in Fig. 5 verwendet werden, wird zwischen der zweiten Schicht 8 und dem magnetischen Element zusätzlich eine elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht, die als Haftvermittler oder zur magnetischen Entkopplung der zweiten Schicht 8 und des magnetischen Elements 3 dient (in Fig. 5 nicht abgebildet). FIG. 5 shows an embodiment of an exciter unit 15. The exciter unit 15 comprises a first electrode 7, a second layer 8, which acts as a spin polarizer, and a second electrode 6, wherein the magnetic element 3 is arranged on the first electrode 7, on the magnetic Element 3, the second layer 8 is applied and on the second layer 8, the second electrode 6 is formed. To the first electrode 7 and the second electrode 6, a direct current is applied. The electrons first pass through the second layer 8, which acts as a spin polarizer. The second layer 8 has different conductivities for different spin orientations. In particular, the conductivity dominates a specific spin orientation, while electrons dominate their spin from be reflected off of this specific spin orientation and ideally only electrons are transmitted with the specific spin orientation. Thus, the DC current is spin polarized after passing through the second layer 8. By means of a spin-polarized direct current, which flows perpendicular to the layer plane, the gyrotropic magnetization motion is excited. For example, it is known from "Magnetic vortex oscillator driven by dc-polarized current" (Pribiag et al., Nature Phys., 3 (2007)) that excitation of a gyrotropic magnetization motion by means of a spin-polarized direct current is possible 5, an electrically conductive layer is additionally applied between the second layer 8 and the magnetic element, which serves as a bonding agent or for the magnetic decoupling of the second layer 8 and the magnetic element 3 (not shown in FIG. 5). ,
Fig. 6 zeigt die Detektionseinheit 16, umfassend die Zwischenschicht 4 und die erste Schicht 5 mit fester Magnetisierung, die zwischen dem magnetischen Element 3 und der ersten Elektrode 7 der Erregereinheit 15 aus Fig. 5 angeordnet ist. Die Erregereinheit 15 umfasst die erste Elektrode 7, die zweite Schicht 8, die als Spinpolarisator wirkt und die zweite Elektrode 6. Auf der ersten Elektrode 7 ist die erste Schicht 5 mit fester FIG. 6 shows the detection unit 16 comprising the intermediate layer 4 and the first fixed magnetization layer 5 arranged between the magnetic element 3 and the first electrode 7 of the excitation unit 15 of FIG. 5. The excitation unit 15 comprises the first electrode 7, the second layer 8, which acts as a spin polarizer, and the second electrode 6. On the first electrode 7, the first layer 5 is fixed
Magnetisierung angeordnet und auf der ersten Schicht 5 ist die Zwischenschicht 4 aufgebracht. Auf der Zwischenschicht 4 ist das magnetische Element 3 angeordnet und auf dem magnetischen Element 3 ist die zweite Schicht 8 aufgebracht. Die zweite Elektrode 6 ist auf der zweiten Schicht 8 angeordnet. Dadurch wird die Detektionseinheit 15 platzsparend in die Erregereinheit 15 integriert. Der spinpolarisierte Gleichstrom, der die gyrotrope Magnetisierungsbewegung anregt, kann zudem zur Ermittlung des veränderlichen elektrischen Widerstands, der durch die Detektionseinheit 16 und das magnetische Element 3 gebildet wird, verwendet werden. Hierfür wird zusätzlich eine elektrische Spannung gemessen, die über den elektrischen Widerstand, der durch die Detektionseinheit 16 und das magnetische Element 3 gebildet wird, abfällt. Die elektrische Spannung und die elektrische Stromstärke sind über den elektrischen Widerstand verknüpft. Aus der bekannten elektrischen Spannung und dem bekannten elektrischen Stromstärke lässt sich der elektrische Widerstand zu jedem Zeitpunkt ermitteln. In Fig. 7 ist eine magnetische Schicht 1 abgebildet, auf der eine Mikrospule 9 angeordnet ist. Die magnetische Schicht 1 kann Teil des magnetischen Elements 3 sein, das aus mehreren magnetischen Schichten 1 , 1 a, 1 b, 1 c besteht. Alternativ zur Detektionseinheit 16, die in Fig. 4 und Fig. 6 abgebildet ist, erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel die Detektion der gyrotropen Bewegung mittels einer Mikrospule 9. Die Mikrospule 9 ist parallel zur Schichtebene angeordnet. Sie ist so auf der magnetischen Schicht 1 , deren gyrotrope Magnetisierungsbewegung detektiert werden soll angeordnet, dass sie einer maximalen magnetischen Flussänderung ausgesetzt ist. Im Zuge der gyrotropen Magnetization arranged and on the first layer 5, the intermediate layer 4 is applied. On the intermediate layer 4, the magnetic element 3 is arranged and on the magnetic element 3, the second layer 8 is applied. The second electrode 6 is disposed on the second layer 8. As a result, the detection unit 15 is integrated into the exciter unit 15 to save space. The spin-polarized DC current, which excites the gyrotropic magnetization movement, can also be used to determine the variable electrical resistance formed by the detection unit 16 and the magnetic element 3. For this purpose, an electrical voltage is additionally measured, which drops over the electrical resistance, which is formed by the detection unit 16 and the magnetic element 3. The electrical voltage and the electric current are linked via the electrical resistance. From the known electrical voltage and the known electric current strength, the electrical resistance can be determined at any time. FIG. 7 shows a magnetic layer 1 on which a microcoil 9 is arranged. The magnetic layer 1 may be part of the magnetic element 3 that is made a plurality of magnetic layers 1, 1 a, 1 b, 1 c consists. As an alternative to the detection unit 16, which is depicted in FIGS. 4 and 6, in this exemplary embodiment the detection of the gyrotropic movement takes place by means of a microcoil 9. The microcoil 9 is arranged parallel to the layer plane. It is so arranged on the magnetic layer 1, whose gyrotropic magnetization motion is to be detected, that it is exposed to a maximum magnetic flux change. In the course of the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung ändert sich die Magnetisierung in dem Bereich, den die Mikrospule 9 umschließt, wodurch sich der durch die Mikrospule 9 eingeschlossene magnetische Fluss zeitlich ändert. In der Mikrospule 9 wird eine elektrische Spannung induziert, solange sich der magnetische Fluss zeitlich ändert. Da die gyrotrope Magnetization movement, the magnetization changes in the area which surrounds the micro-coil 9, whereby the magnetic flux trapped by the micro-coil 9 changes over time. In the micro-coil 9, an electric voltage is induced as long as the magnetic flux changes with time. Because the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung eine periodische Bewegung ist, ist auch die Magnetizing movement is a periodic movement is also the
Induktionsspannung ein periodisches Signal, dessen Frequenz mit der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung übereinstimmt. Alternativ zur Erregereinheit 15, die in Fig. 5 gezeigt ist, wird in Fig. 8 die Erregereinheit 15 durch ein Erregerelement 17 gebildet, welche ein magnetisches Nachbarelement 10, das mindestens eine magnetische Nachbarschicht, deren magnetische Eigenschaften von der Temperatur abhängen, umfasst, wobei die magnetische Nachbarschicht eine wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung aufweist und welche eine Erregereinheit 15 umfasst, die das magnetische Nachbarelement 10 zu einer gyrotropen Induction voltage is a periodic signal whose frequency coincides with the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement. As an alternative to the exciter unit 15 shown in FIG. 5, in FIG. 8 the exciter unit 15 is formed by an excitation element 17, which comprises a neighboring magnetic element 10 which has at least one adjacent magnetic layer whose magnetic properties depend on the temperature the neighboring magnetic layer has a vortex-shaped magnetization distribution and which comprises an excitation unit 15 which gyrotropes the adjacent magnetic element 10
Magnetisierungsbewegung anregt. Die magnetischen Schichten 1 , 1 a, 1 b, 1 c des magnetischen Nachbarelements 10 werden im Folgenden als magnetische  Magnetizing movement stimulates. The magnetic layers 1, 1 a, 1 b, 1 c of the magnetic neighboring element 10 are hereinafter referred to as magnetic
Nachbarschichten bezeichnet werden. Mithilfe einer Erregereinheit 15 wird das magnetische Nachbarelement 10 zu der gyrotropen Magnetisierungsbewegung angeregt. Die magnetischen Streufelder des magnetischen Nachbarelements 10 und des magnetischen Elements 3 koppeln, sodass durch die Erregereinheit 15 das magnetische Nachbarelement 10 das magnetischen Elements 3 zu einer gemeinsamen, gekoppelten gyrotropen Magnetisierungsbewegung mit einer Resonanzfrequenz angeregt werden. Bei einer Temperaturänderung des magnetischen Elements 3 ändert sich diese Neighbor layers are called. By means of an excitation unit 15, the magnetic neighboring element 10 is excited to the gyrotropic magnetization movement. The stray magnetic fields of the neighboring magnetic element 10 and of the magnetic element 3 couple, so that the exciting element 15 excites the neighboring magnetic element 10, the magnetic element 3 to a joint, coupled gyrotropic magnetization movement with a resonant frequency. When the temperature of the magnetic element 3 changes, it changes
Resonanzfrequenz der gemeinsamen, gekoppelten gyrotropen Resonant frequency of the common, coupled gyrotropic
Magnetisierungsbewegung. Die Änderung dieser Resonanzfrequenz dient somit der Bestimmung der Temperatur. Das Messelement 18 umfasst das magnetische Element 3 und die Detektionseinheit 16. Die Anregung der gyrotropen Magnetisierungsbewegung erfolgt mittels des Erregerelements 17 und die Detektion der gyrotropen  Magnetization movement. The change of this resonance frequency thus serves to determine the temperature. The measuring element 18 comprises the magnetic element 3 and the detection unit 16. The excitation of the gyrotropic magnetization movement takes place by means of the excitation element 17 and the detection of the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung erfolgt mittels des Messelements 18. Das magnetischeMagnetizing movement takes place by means of the measuring element 18. The magnetic
Nachbarelement 10 und das magnetische Element 3 sind in der gleichen Ebene, der x-y- Ebene angeordnet. Die Vortexkerne 2 der magnetischen Elemente 3, 10 sind entlang der z-Richtung ausgerichtet. In einer Ausführungsform wird das Erregerelement 17 durch die in Fig. 5 gezeigte Erregereinheit 15 gebildet, die in diesem Fall das magnetische Neighbor element 10 and magnetic element 3 are in the same plane, the xy- Plane arranged. The vortex cores 2 of the magnetic elements 3, 10 are aligned along the z-direction. In one embodiment, the excitation element 17 is formed by the excitation unit 15 shown in FIG. 5, which in this case is the magnetic field
Nachbarelement 10 statt des magnetischen Elements 3 umschließt. Die Detektionseinheit 16 des Messelements 18 wird in einer Ausführungsform durch die in Fig. 4 gezeigteNeighboring element 10 instead of the magnetic element 3 encloses. The detection unit 16 of the measuring element 18 is in one embodiment by the one shown in Fig. 4
Detektionseinheit 16 gebildet oder alternativ durch die in Fig. 7 gezeigte Detektionseinheit 16, die eine Mikrospule 9 umfasst. Detection unit 16 formed or alternatively by the detection unit 16 shown in Fig. 7, which includes a micro-coil 9.
In einem Ausführungsbeispiel ist das magnetische Nachbarelement 10 baugleich zu dem magnetischen Element 3 des Messelements 18. In one exemplary embodiment, the neighboring magnetic element 10 is identical in construction to the magnetic element 3 of the measuring element 18.
Eine Alternative zu den in Fig. 4 und Fig. 7 gezeigten Detektionseinheiten 16 ist die Detektionseinheit 16, die in Fig. 9 abgebildet ist. Auf der magnetischen Schicht 1 , die Teil eines magnetischen Elements 3 sein kann, werden zwei elektrische Kontakte 1 1 , 12, ein erster Kontakt 1 1 und eine zweiter Kontakt 12, auf der Schichtebene angeordnet. Es wird eine elektrische Spannung zwischen dem ersten Kontakt 1 1 und dem zweiten Kontakt 12 gemessen, wenn der magnetische Vortexkern 2 zu einer gyrotropen An alternative to the detection units 16 shown in FIGS. 4 and 7 is the detection unit 16 depicted in FIG. 9. On the magnetic layer 1, which may be part of a magnetic element 3, two electrical contacts 1 1, 12, a first contact 1 1 and a second contact 12, are arranged on the layer plane. An electric voltage is measured between the first contact 11 and the second contact 12 when the magnetic vortex core 2 becomes a gyrotropic one
Magnetisierungsbewegung angeregt ist, da durch die sich zeitlich ändernde Magnetization is stimulated because of the time-changing
Magnetisierung eine Spannung induziert wird. Dies entspricht der Detektion einer Spinmotorischen Kraft, die durch die gyrotrope Magnetisierungsbewegung hervorgerufen wird. Die Spinmotorische Kraft resultiert im Allgemeinen aus einer Bewegung Magnetizing a voltage is induced. This corresponds to the detection of a spin motor force, which is caused by the gyrotropic magnetization movement. The spin motor force generally results from a movement
inhomogener Spinanordnungen. Die Frequenz der induzierten Spannung entspricht der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung. Ein Aufbau zur Messung der Spinmotorischen Kraft wird in„Spin-motive force due to gyrating magnetic vortex" (Tanabe et al., Nature Communications (2012)) beschrieben. inhomogeneous spin arrangements. The frequency of the induced voltage corresponds to the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement. A setup for measuring the spin motor force is described in "Spin-motive force due to gyrating magnetic vortex" (Tanabe et al., Nature Communications (2012)).
In Fig. 10 ist eine alternative Erregereinheit 15 abgebildet. Das magnetische Element 3 ist auf einem Isolator 13 angeordnet, der als Schicht ausgebildet ist. Der Isolator 13 ist auf einer Mikrostreifenleitung 14 angeordnet, die entlang der y-Richtung verläuft. Das magnetische Element 3 ist durch den Isolator 13 von der Mikrostreifenleitung elektrisch 14 isoliert. An die Mikrostreifenleitung 14 wird ein Wechselstrom angelegt, dessen Frequenz der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung entspricht. Dadurch entsteht ein magnetisches Wechselfeld, dessen Frequenz der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung entspricht und dessen Feldlinien konzentrisch um die Mikrostreifenleitung 14 verlaufen. Das magnetische Element 3 ist somit einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt, das die gyrotrope Magnetisierungsbewegung anregt. FIG. 10 shows an alternative excitation unit 15. The magnetic element 3 is arranged on an insulator 13, which is formed as a layer. The insulator 13 is disposed on a microstrip line 14 which extends along the y-direction. The magnetic element 3 is electrically isolated from the microstrip line 14 by the insulator 13. To the microstrip line 14, an alternating current is applied, whose frequency corresponds to the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement. This produces an alternating magnetic field whose frequency corresponds to the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement and whose field lines run concentrically around the microstrip line 14. The magnetic element 3 is thus one exposed to alternating magnetic field, which stimulates the gyrotropic magnetization movement.
Alternativ wird die Erregereinheit 15 wie in Fig. 1 1 gezeigt realisiert. Hierbei ist das magnetische Element 3 in eine Mikrostreifenleitung 14 eingebracht, sodass die Alternatively, the excitation unit 15 is realized as shown in Fig. 1 1. Here, the magnetic element 3 is inserted into a microstrip line 14, so that the
Schichtebene in einer Ebene mit der Mikrostreifenleitung 14 liegt. Wird ein elektrischer Wechselstrom beispielsweise in y-Richtung an die Mikrostreifenleitung 14 angelegt, dessen Frequenz der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung entspricht, so durchfließt der Wechselstrom das magnetische Element 3 entlang der Schichtebene. Die Elektronen treffen beim Eintritt in das magnetische Element 3 auf ein magnetisches Material, in dem die Spins entlang einer Vorzugsrichtung orientiert sind. Dies sorgt dafür, dass für verschiedene Spinausrichtungen unterschiedliche  Layer layer in a plane with the microstrip line 14 is located. If an alternating electrical current is applied to the microstrip line 14 in the y-direction, for example, whose frequency corresponds to the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement, then the alternating current flows through the magnetic element 3 along the layer plane. Upon entering the magnetic element 3, the electrons strike a magnetic material in which the spins are oriented along a preferred direction. This ensures that different spin orientations are different
Leitfähigkeiten im magnetischen Element 3 vorliegen. Dies hat zur Folge, dass nur Elektronen mit einer bevorzugten Spinausrichtung vom magnetischen Element 3 transmittiert werden. Dies führt dazu, dass das Zentrum des magnetischen Elements 3 im Wesentlichen von einem spinpolarisierten Wechselstrom in der Schichtebene Conductivities in the magnetic element 3 are present. This has the consequence that only electrons with a preferred spin orientation are transmitted by the magnetic element 3. This results in that the center of the magnetic element 3 is essentially a spin-polarized alternating current in the layer plane
durchflössen wird. Dies führt zu einer Anregung der gyrotropen is flowed through. This leads to an excitation of the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung. Der zugrundeliegende Effekt ist der sogenannte„Spin- Transfer Torque". Magnetization movement. The underlying effect is the so-called "spin-transfer torque".
Der erfindungsgemäße Temperatursensor umfasst eine Detektionseinheit 16 und eine Erregereinheit 15. Diese werden vorzugsweise entsprechend der Abbildungen Fig. 3 bis Fig. 1 1 . ausgeführt. Des Weiteren umfasst er eine Auswerteeinheit 19. Das Messprinzip des erfindungsgemäßen Temperatursensors beruht darauf, dass die magnetischen Eigenschaften des magnetischen Elements 3 von der Temperatur abhängen, The temperature sensor according to the invention comprises a detection unit 16 and an excitation unit 15. These are preferably in accordance with the figures Fig. 3 to Fig. 1 1. executed. Furthermore, it comprises an evaluation unit 19. The measuring principle of the temperature sensor according to the invention is based on the fact that the magnetic properties of the magnetic element 3 depend on the temperature,
insbesondere, dass das magnetische Element 3 eine temperaturabhängige magnetische Anisotropie aufweist. Die Resonanzfrequenz der gyrotropen Bewegung hängt von den magnetischen Eigenschaften, insbesondere der magnetischen Anisotropie, des magnetischen Elements 3 ab. Somit ist die Resonanzfrequenz ein Maß für die magnetischen Eigenschaften, die wiederum ein Maß für die Temperatur darstellen. Ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur mittels eines erfindungsgemäßen in particular, that the magnetic element 3 has a temperature-dependent magnetic anisotropy. The resonant frequency of the gyrotropic movement depends on the magnetic properties, in particular the magnetic anisotropy, of the magnetic element 3. Thus, the resonance frequency is a measure of the magnetic properties, which in turn represent a measure of the temperature. A method for determining a temperature by means of an inventive
Temperatursensors ist anhand eines Ablaufdiagramms in Fig. 12 dargestellt. Es wird das magnetische Element 3 mithilfe der Erregereinheit 15 zu einer resonanten gyrotropen Magnetisierungsbewegung angeregt und die gyrotrope Magnetisierungsbewegung mittels der Detektionseinheit 16 detektiert. Die Resonanzfrequenz (in Fig. 12 mit f bezeichnet) der gyrotropen Magnetisierungsbewegung wird beispielsweise unter Verwendung eines Phasenregelkreises bestimmt und anhand einer Kennlinie einer Temperatur (in Fig. 12 mit T bezeichnet) zugeordnet. Der Zusammenhang zwischen der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung und der Temperatur wird in einer einmaligen Kalibriermessung bestimmt und ist in der Auswerteeinheit 19 hinterlegt. Als Ausgabe des erfindungsgemäßen Temperatursensors dient die aus der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung ermittelte Temperatur. Temperature sensor is illustrated by a flow chart in Fig. 12. The magnetic element 3 is excited by means of the excitation unit 15 to a resonant gyrotropic magnetization movement and the gyrotropic magnetization movement is detected by means of the detection unit 16. The resonant frequency (designated by f in FIG. 12) of the gyrotropic magnetization motion is determined using, for example, a Phase locked loop determined and assigned based on a characteristic of a temperature (in Fig. 12 denoted by T). The relationship between the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement and the temperature is determined in a single calibration measurement and is stored in the evaluation unit 19. The output of the temperature sensor according to the invention is the temperature determined from the resonant frequency of the gyrotropic magnetization movement.
Umfasst das magnetische Element 3 mehrere magnetische Schichten 1 a, 1 b, 1 c, so kann zur Bestimmung der Temperatur im Allgemeinen eine Dispersionsrelation des If the magnetic element 3 comprises a plurality of magnetic layers 1 a, 1 b, 1 c, it is generally possible to determine the temperature by a dispersion relation of the
magnetischen Elements 3 verwendet werden. Es ist möglich die Frequenzänderung einer oder mehrerer Anregungsmoden des magnetischen Elements 3 zur Bestimmung der Temperatur zu betrachten. Die Zuordnung zwischen Frequenz und Temperatur erfolgt beispielsweise, wie vorstehend beschrieben, anhand einer Kennlinie. magnetic element 3 are used. It is possible to consider the frequency change of one or more excitation modes of the magnetic element 3 for determining the temperature. The assignment between frequency and temperature, for example, as described above, based on a characteristic.

Claims

Ansprüche claims
1 . Temperatursensor, umfassend 1 . Temperature sensor, comprising
ein magnetisches Element (3), das mindestens eine magnetische Schicht (1 ), deren magnetische Eigenschaften von der Temperatur abhängen, umfasst dadurch gekennzeichnet, dass  a magnetic element (3) comprising at least one magnetic layer (1) whose magnetic properties depend on the temperature, characterized in that
die magnetische Schicht (1 ) eine wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung mit einem magnetischen Vortexkern (2) aufweist, wobei die wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung in einer Schichtebene ausgebildet ist und der Vortexkern (2) senkrecht zur Schichtebene ausgebildet ist,  the magnetic layer (1) has a vortex-like magnetization distribution with a magnetic vortex core (2), wherein the vortex-shaped magnetization distribution is formed in a layer plane and the vortex core (2) is formed perpendicular to the layer plane,
eine Erregereinheit (15), die zur Anregung der wirbeiförmigen  an exciter unit (15), which is used to excite the whirl-like
Magnetisierungsverteilung zu einer gyrotropen Magnetisierungsbewegung vorgesehen ist,  Magnetization distribution is provided for a gyrotropic magnetization movement,
eine Detektionseinheit (16), die zur Detektion einer Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung vorgesehen ist und  a detection unit (16) which is provided for detecting a resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement and
eine Auswerteeinheit (19) zur Bestimmung einer Temperatur aus der Resonanzfrequenz der gyrotropen Magnetisierungsbewegung vorgesehen ist.  an evaluation unit (19) is provided for determining a temperature from the resonance frequency of the gyrotropic magnetization movement.
2. Temperatursensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das 2. Temperature sensor according to claim 1, characterized in that the
magnetische Element (3) mehrere magnetische Schichten (1 a, 1 b, 1 c) umfasst, wobei die Schichtebenen lateral nebeneinander in einer Ebene liegen.  magnetic element (3) comprises a plurality of magnetic layers (1 a, 1 b, 1 c), wherein the layer planes laterally lie side by side in a plane.
3. Temperatursensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element (3) als magnetischer Schichtstapel ausgebildet ist, wobei die Schichtebenen in dem magnetischen Schichtstapel parallel zueinander angeordnet sind. 3. Temperature sensor according to claim 1, characterized in that the magnetic element (3) is designed as a magnetic layer stack, wherein the layer planes are arranged in the magnetic layer stack parallel to each other.
4. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 4. Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (16) eine Zwischenschicht (4) und eine erste Schicht (5) mit fester Magnetisierungsrichtung umfasst und auf dem magnetischen Element (3) angeordnet ist, wobei  characterized in that the detection unit (16) comprises an intermediate layer (4) and a first layer (5) with fixed magnetization direction and is arranged on the magnetic element (3), wherein
auf das magnetische Element (3) die Zwischenschicht (4) aufgebracht ist und auf der Zwischenschicht (4) die erste Schicht (5) mit fester on the magnetic element (3), the intermediate layer (4) is applied and on the intermediate layer (4) the first layer (5) with fixed
Magnetisierungsrichtung angeordnet ist.  Magnetization direction is arranged.
5. Temperatursensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 5. Temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Erregereinheit (15) eine erste Elektrode (7), eine zweite characterized in that the exciter unit (15) has a first electrode (7), a second one
Schicht (8), die als Spinpolarisator wirkt und eine zweite Elektrode (6) umfasst, wobei das magnetische Element (3) auf der ersten Elektrode (7) angeordnet ist, - auf dem magnetischen Element (3) die zweite Schicht (8) aufgebracht ist und Layer (8) which acts as a spin polarizer and comprises a second electrode (6), wherein the magnetic element (3) is arranged on the first electrode (7), - the second layer (8) is applied to the magnetic element (3) is and
auf der zweiten Schicht (5) die zweite Elektrode (6) ausgebildet ist.  on the second layer (5), the second electrode (6) is formed.
6. Temperatursensor nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Elektrode (7) und dem magnetischen Element (3) die 6. Temperature sensor according to claims 4 and 5, characterized in that between the first electrode (7) and the magnetic element (3) the
Detektionseinheit (16) angeordnet ist.  Detection unit (16) is arranged.
7. Temperatursensor nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) aus einem nichtleitenden Material ausgebildet ist. 7. Temperature sensor according to claim 4 or 6, characterized in that the intermediate layer (4) is formed of a non-conductive material.
8. Temperatursensor nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (4) aus einem nichtmagnetischen Material ausgebildet ist. 8. Temperature sensor according to claim 4 or 6, characterized in that the intermediate layer (4) is formed of a non-magnetic material.
9. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Mikrospule (9) auf dem magnetischen Element (3) angeordnet, die als Detektionseinheit (16) vorgesehen ist. 9. Temperature sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that arranged at least one micro-coil (9) on the magnetic element (3), which is provided as a detection unit (16).
10. Temperatursensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 9, dadurch 10. Temperature sensor according to one of claims 1 to 4 or 9, characterized
gekennzeichnet, dass die Erregereinheit (15) durch ein Erregerelement (17) gebildet wird, welches ein magnetisches Nachbarelement (10), das mindestens eine magnetische Nachbarschicht, deren magnetische Eigenschaften von der Temperatur abhängen, umfasst, wobei die magnetische Nachbarschicht eine wirbeiförmige Magnetisierungsverteilung aufweist und welches eine Erregereinheit (15) umfasst, die das magnetische Nachbarelement (10) zu einer gyrotropen Magnetisierungsbewegung anregt. characterized in that the excitation unit (15) is formed by an excitation element (17) comprising a neighboring magnetic element (10) having at least one adjacent magnetic layer whose magnetic properties depend on the temperature, the adjacent magnetic layer having a vortex-shaped magnetization distribution and which comprises an exciter unit (15), which excites the magnetic neighboring element (10) to a gyrotropic magnetization movement.
1 1 . Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur mittels eines Temperatursensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element (3) zu einer resonanten gyrotropen 1 1. Method for determining a temperature by means of a temperature sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic element (3) to a resonant gyrotropic
Magnetisierungsbewegung angeregt wird, die gyrotrope  Magnetizing motion is excited, the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung detektiert wird, die Resonanzfrequenz der gyrotropen Bewegung bestimmt wird und die Resonanzfrequenz anhand einer Kennlinie einer Temperatur zugeordnet wird.  Magnetizing motion is detected, the resonance frequency of the gyrotropic motion is determined and the resonance frequency is assigned based on a characteristic of a temperature.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Spinmotorische Kraft bestimmt wird, die durch die gyrotrope Magnetisierungsbewegung hervorgerufen wird und mittels eines ersten Kontaktes (1 1 ) und eines zweiten Kontaktes (12) auf einer Oberfläche parallel zur Ebene der gyrotropen 12. The method of claim 1 1, characterized in that a spin motor force is determined, which is caused by the gyrotropic magnetization movement and by means of a first contact (1 1) and a second contact (12) on a surface parallel to the plane of the gyrotropic
Magnetisierungsbewegung als Spannung detektiert wird.  Magnetizing movement is detected as a voltage.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung des magnetischen Flusses als Maß für die gyrotrope Magnetisierungsbewegung detektiert wird. 13. The method according to claim 1 1, characterized in that a change in the magnetic flux is detected as a measure of the gyrotropic magnetization movement.
14. Verfahren nach Anspruch 1 1 zur Bestimmung einer Temperatur mittels eines Temperatursensors nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich ändernder elektrischer Widerstand detektiert wird, der durch das magnetische Element (3) und die Detektionseinheit (16) gebildet wird. 14. The method of claim 1 1 for determining a temperature by means of a temperature sensor according to claim 7 or 8, characterized in that a changing electrical resistance is detected, which is formed by the magnetic element (3) and the detection unit (16).
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