具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种二维材料量子隧穿的高灵敏压力传感器，如图1所示，包括反铁磁层1、钉扎层2、二维材料层3、自由层4、受力层5。二维材料层3的材料为二硫化钼。反铁磁层1的材料为硬磁反铁磁材料，具体地，反铁磁层1的材料为IrMn、PtMn、FeMn。钉扎层2置于反铁磁层1上。钉扎层2的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，具体地，钉扎层2的材料为Co、Fe、CoFe、CoFeB、CoFeAl合金。二维材料层3置于钉扎层2上。自由层4置于二维材料层3上。二维材料层3中二硫化钼的层数少于10层，以便于在压力作用下，二维材料层3的导电特性和量子隧穿特性能够发生相对更多的变化，从而提高压力探测的灵敏度。受力层5置于自由层4上。自由层4的材料为磁各向异性弱的软磁材料，具体地，自由层4的材料为NiFe合金、CoFe合金、CoFeB合金。受力层5的材料为非磁性材料。受力层5的材料可以为二氧化硅。受力层5可以为层状铺设在自由层4上，受力层5还可以由多个独立的受力部构成，这些受力部设置在自由层4上。后者便于在自由层4上连接电极，便于测试。这些受力部是否为全同或者相同的高度或者相同的面积，根据要求设定，在此不做限制。

本发明中，钉扎层2、势垒层3、自由层4构成磁隧道结。一般地，磁隧道结是指在两块铁磁薄片之间夹一层纳米级别的绝缘层，构成所谓的结元件。在铁磁材料中，由于量子力学交换作用，铁磁金属的3d轨道局域电子能带发生劈裂，使费米面附近自旋向上和向下的电子具有不同的能态密度。在绝缘体中产生的量子隧穿效应的机理是与自旋相关的隧穿效应。磁隧道结的结构一般为铁磁层/非磁绝缘层/铁磁层的三明治结构。在本发明中，钉扎层2、势垒层3、自由层4构成磁隧道结。

应用时，应用固定磁场作用于本发明；待测压力作用在受力层5上。通过测量具有压力时和未施加压力时，钉扎层2和自由层4之间磁隧道结电阻的差异，确定待测压力。在本发明中，受力层5压缩二维材料层3，使得二硫化钼产生相变，从而改变二硫化钼的导电特性和量子隧穿特性，从而改变钉扎层2和自由层4之间的电阻。因为钉扎层2和自由层4之间的磁隧道结电阻严重地依赖于其间的二硫化钼的导电特性或量子隧穿特性，所以本发明具有压力探测灵敏度高的优点。

另外，本发明是基于传统电学的，信号处理简单，器件尺寸小，便于集成。另外，在本发明中，压力还改变了自由层4内的应力，从而改变了自由层4内的自旋状态，从而更多地改变了钉扎层2和自由层3之间的电阻，从而实现更高灵敏度的压力探测。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，在二维材料层3与自由层4的界面处，自由层4内设有孔洞6。也就是说，在二维材料层3与自由层4的界面处，自由层4的表面具有凹陷部，该凹陷部与二维材料层3形成孔洞6。孔洞6周期排布。这样一来，自由层4与二维材料层3之间的接触面积更小。在接触处，二维材料层3受到的压力更大，从而更多地改变二硫化钼的导电特性和量子隧穿特性，从而更多地改变钉扎层2和自由层4之间的磁隧道结电阻，从而实现更高灵敏度的压力探测。

实施例3

在实施例2的基础上，孔洞6内设有压电材料。优选地，压电材料填充满孔洞6。这样一来，在压力作用下，压电材料外产生电荷，该电荷改变了二硫化钼的导电特性和量子隧穿特性，从而更多地改变了钉扎层2和自由层4之间的磁隧道结电阻，从而实现更高灵敏度的压力探测。

实施例4

在实施例2的基础上，孔洞6内设有压磁材料。优选地，压磁材料填充满孔洞6。这样一来，在压力作用下，压磁材料的磁导率改变，从而改变了与二维材料层3接触的、压磁材料/自由层4复合材料的自旋状态，从而改变了钉扎层2和自由层4之间的磁隧道结电阻，从而实现更高灵敏度的压力探测。

实施例5

在实施例1的基础上，二维材料层5为石墨烯复合层。石墨烯复合层包括石墨烯层和碳纳米管层。碳纳米管层置于石墨烯层上，石墨烯层置于钉扎层2上。石墨烯层中石墨烯的层数少于10层，以便于在压力作用下，石墨烯层的导电特性或量子隧穿特性能够发生相对更多的改变，从而提高压力探测的灵敏度。碳纳米管可以为单层，也可以为多层。优选地，碳纳米管层为单层，以便于在压力作用下，碳纳米管与石墨烯层的界面改变更多，从而提高压力探测的灵敏度。

应用时，在待测压力的作用下，不仅石墨烯复合层内部应力不仅随之改变，而且石墨烯复合层的厚度或者形貌也发生改变，从而能够更多地改变石墨烯层复合层的量子隧穿特性，从而实现更高灵敏度的压力传感。

实施例6

在实施例5的基础上，还包括第二石墨烯层，第二石墨烯层置于碳纳米管层上。这样一来，形成第二石墨烯层、碳纳米管层、石墨烯层夹层结构，具有两个碳纳米管与石墨烯之间的界面。在压力作用下，上述夹层结构的形貌发生更多变化，从而上述夹层结构的量子隧穿特性改变更多，从而更多地改变钉扎层2和自由层4之间的磁隧道结电阻，从而实现高灵敏度的压力检测。

实施例7

在实施例7的基础上，还包括压电材料颗粒，压电材料颗粒置于第二石墨烯层上。压电材料是指受到压力作用时，在两端面出现电荷和电压的晶体材料。压电材料颗粒的材料可以为无机压电材料，例如压电晶体和压电陶瓷；压电材料颗粒的材料也可以为有机压电材料，例如聚偏氟乙烯等压电聚合物。在压力作用下，压电材料颗粒上出现电荷，这些电荷改变了第二石墨烯层的费米能级，从而改变了第二石墨烯层的量子隧穿特性。因此，本实施例能够在同等压力下，更多地改变钉扎层2和自由层4之间的磁隧道结电阻，从而实现更高灵敏度的压力传感。

更进一步地，第二石墨烯层为褶皱状。这样一来，在压力作用下，更多地改变第二石墨烯层与碳纳米管层之间的形貌或界面状态，更多地改变第二石墨烯层与碳纳米管层之间的量子隧穿特性，从而更多地改变钉扎层2和自由层4之间的磁隧道结电阻，从而实现更高灵敏度的压力传感。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。