中文摘要：

申请人是磁纳米生物器件和自旋电子学领域的主要开拓者之一。2009年其研究组的手机型磁医疗诊断器赢得IEEE President's Change the World Competition第一名。提出了用磁性纳米生物芯片来检测多重蛋白质，可用于癌症诊断，被国际传媒广泛报道。共同创建斯坦福大学癌症纳米技术中心和纳米电子研究所，受到世界日报和人民日报高度关注和报道。作为嵌入式电感器件领域开拓者之一，研制的含有磁芯的嵌入式电感器件可应用于计算机微处理器中高效率能源传输系统，正被Intel商用化。申请人近年在自旋电子学领域的工作对于寻找取代CMOS的新型电子器件具有重要意义，并延长摩尔定律成立的寿命。在国际刊物发表论文134篇。近5年授权美国专利5项、申请15项，论文SCI59篇，EI57篇。论文SCI他引2402次。因其在磁材料和装置方面的杰出贡献，2008年被选为IEEE Fellow。

结论摘要：

随着智能电网概念的提出，电网的智能化越来越受到人们的关注。实现电网智能化的一个重要基础就是发达的传感器网络，特别是电流监测网络的建设，对于电网电流的实时监测，网损测量，潮流控制以及故障的快速检测和定位都有着重要的意义。巨磁电阻效应（GMR）是近年来兴起的磁电子学的一个重要领域。与其他电流传感器相比，GMR电流传感器能够测量直流到高频（MHz量级）的电流信号，测量范围宽，灵敏度高，体积小，温度稳定性好，结构简单，制造简便并且造价低廉，特别适合智能电网尤其是直流电力系统中的电流的分布式测量。本课题分析了智能电网中各类电流监测的需求，比较了几种常见的电流传感器的优缺点，展望了GMR电流传感器在智能电网中可能的应用前景，并对基于GMR效应的智能电网电流传感器开展了研究。本课题针对多层膜结构的GMR传感元件，在实验室的磁特性测试平台开展了相关的性能测试，主要包括直流传感特性、工频传感特性、谐波特性，电磁兼容特性、冲击特性、角度特性和温度特性等。针对GMR传感元件的性能设计整体的GMR电流传感系统，并对GMR电流传感系统的性能进行了分析及优化。集磁环结构的设计和应用，能显著提高GMR电流传感系统的线性度和灵敏度，使其对于微小电流的测量能更精确。集磁环结构对被测电流和传感系统相对空间位置角度的修正效果十分明显，实验表明传感系统输出信号基本不随着位置的偏移发生变化，能大大简化实际应用中的程序。同时，集磁环结构对于地磁偏磁和环外电流的屏蔽效果也十分明显，能有效抗干扰。直流偏置线圈对于提高GMR电流传感系统的精度有显著作用。直流偏置线圈主要通过调节GMR传感元件的静态工作点，使之工作单极测量的环境下，有助于显著提升GMR传感元件的精度，实现电流的双极测量，进一步降低传感系统磁滞等。针对实际输电线路中的分裂导线情况，提出了最优点位置测量的判别和方法，利用GMR器件的对磁场方向敏感的角度特性，通过计算优化传感器的放置位置以保证测量的准确性。仿真分析了最优点测量的泄漏误差和系统误差，为高压输电线路中电流测量提供了设计参考。对GMR电流传感系统的温度补偿做了相关研究，实验表明，在电压源形式供电的情况下，GMR电流传感系统的灵敏度受温度的影响最大，相移和零点漂移几乎不受温度影响。通过负温度系数的电阻对GMR电流传感系统做出相关补偿，能显著提高GMR电流传感系统的工作温度范围和温度稳定性。