磁力仪应用范围广泛，从矿产勘探、考古，到智能手机、航空磁测，其使用范围逐渐向高精尖方面发展，而传统磁力仪一般遵循序参量随磁场线性变化原则，灵敏性不高，因此，人们对极高灵敏度的磁力仪有更多要求。寻求一种超高灵敏度并且具有固态、小尺寸、室温下工作特点的磁力仪成为一个核心问题。

最近的研究结果表明，奇异点(EP)处的非厄米简并对外部扰动的非线性响应，可以为提高磁力仪的灵敏度提供一条新的路径。在本文中，我们对纯磁性系统中的高阶奇异点进行了研究，考虑由增益、中性和（补偿）损耗层组成的铁磁三层结构。通过调节层间耦合强度、外部磁场和增益损耗参数，我们可以观察到二阶和三阶铁磁共振奇异点。在奇异点附近，本征频率偏移服从外部扰动的1/N次幂，其中N是EP的阶数。与基于磁性隧道结的传统磁传感器相比，我们的设计方案可以将灵敏度提高3个数量级。除此之外，我们还研究了统计噪声的影响以及铁磁-反铁磁相变的临界参数。该工作为研究磁系统中的高阶奇异点和设计具有超高灵敏度的磁传感器铺平了道路。

本工作得到了国家自然科学基金的资助。

论文链接：

Phys. Rev. B 101, 144414 (2020).