各向异性磁电阻、巨磁电阻测量

《各向异性磁电阻、巨磁电阻测量》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、实验10.1各向异性磁电阻、巨磁电阻测量一.实验目的(1)初步了解磁性合金的AMR，多层膜的GMR，掺碱土金属稀土锰氧化物的CMR；(2)初步掌握室温磁电阻的测量方法。二．实验原理一般磁电阻是指在一定磁场下材料电阻率改变的现象。通常将磁场引起的电阻率变化写成Δρ=ρ（H）-ρ（0），其中ρ（H）和ρ（0）分别表示在磁场H中和无磁场时的电阻率。磁电阻的大小常表示为：其中ρ可以是ρ（0）或ρ（H）。绝大多数非磁性导体的MR很小，约为，磁性导体的MR最大为3%~5%，且电阻率的变化与磁场方向与导体中电流方向的夹角有关，即具有各向异性，称之为各向异性磁电阻，简记为AMR。1988年

2、，在分子束外延制备的Fe/Cr多层膜中发现MR可达50%，并且在薄膜平面上磁电阻是各向同性的。人们把这称之为巨磁电阻，简记为GMR。1994年，人们又发现隧道结在4.2K的MR为30%，室温达18%，这种大的磁电阻效应，人们将之称为隧道结磁电阻，简记为TMR。20世纪90年代后期，人们在掺碱土金属稀土锰氧化物中发现MR可达，称之为庞磁电阻，简记为CMR。1.各向异性磁电阻(AMR)一些磁性金属和合金的AMR与技术磁化相对应，即与从退磁状态到趋于磁饱和过程的相应的电阻变化。外加磁场与电流方向的夹角不同，饱和磁化时的电阻率不一样，即有各向异性。通常取外磁场方向与电流方向平行和垂

3、直两种情况测量AMR，即有和。若退磁状态下磁畴是各向同性分布的，畴壁散射变化对磁电阻的贡献较小，将之忽略，则与平均值相等。大多数材料，故AMR通常定义为如果，则说明该样品在退磁状态下有磁畴织构，即磁畴分布非完全各向同性。图10.1-3是曾用作磁盘读出磁头和磁场传感器材料的的磁电阻曲线，很明显，，各向异性明显。图中双峰是材料的磁滞引起的。图10.1-4是一些铁磁金属与合金薄膜的各向异性磁电阻曲线。2.多层膜的巨磁电阻(GMR)巨磁电阻效应首次在Fe/Cr多层膜中发现，其室温下的MR约11.3%，4.2K时约为42.7%；Co/Cu多层膜室温MR可达60%~80%，远大于AMR

4、，故称为巨磁电阻。这种巨磁电阻的特点是：(1)数值比AMR大得多。(2)基本上为各向同性。图中高场部分的双线分别对应于和，其差值为AMR的贡献。该多层膜在300K和4.2K下分别为0.35%和2.1%。约为其GMR的二十分之一。(3)多层膜磁电阻按传统定义是负值，恒小于100%；常采用另一定义，用此定义数值为正，且可大于100%。(4)中子衍射直接证实，前述多层膜相邻铁磁层的磁化为反铁磁排列，来源于层间的反铁磁耦合。无外磁场时，各层反平行排列，电阻最大；加外磁场后，各层平行排列，电阻最小。如图10.1-6所示。(5)多种磁性材料多层膜都有GMR，但并不是所有多层膜都有大的磁

5、电阻，有的很小，甚至只观察到AMR。图10.1-5为这种多层膜的磁电阻曲线。图10.1-7是多层膜的磁电阻曲线。3.掺碱土金属稀土锰氧化物的庞磁电阻(CMR)图10.1-8是薄膜样品的电阻率、磁电阻随温度变化关系。该样品的。到目前为止，对，在x=0.2~0.5范围内都观测到CMR和铁磁性。这种CMR的特点为：(1)数值远大于多层膜的GMR；(2)各向同性；(3)负磁电阻性，即磁场增大，电阻率降低；(4)CMR总是出现在居里温度附近，随温度升高或降低，都会很快降低；(5)目前只有少部分材料的居里点高于室温；(6)观察这类材料CMR的外加磁场比较高，一般需Tesla量级。图10

6、.1-9是一种掺银的La-Ca-Mn-O样品的室温磁电阻曲线。三.实验内容1.实验仪器亥姆霍兹线圈，电磁铁，大功率恒流电源，大功率扫描电源，精密恒流源，数字微伏表，四探针样品夹具2.实验步骤(1)将样品垂直于磁场方向摆放；(2)打开电源，将精密恒流源调至6mA，给样品通过恒定电流；(3)将大功率恒流电源输出电流调至6.00A，使电磁铁产生磁场；(4)逐步单向调整大功率恒流电源输出电流至-6.00A，在此过程中注意找极值点，随时调整电流变化步长，记录调整过程中稳定的电流值和相应的微伏表的电压值；(5)反向调整大功率恒流电源输出电流由-6.00A至6.00A，同上记录数据；(6

7、)将样品平行于磁场方向放置，重复(3)~(5)，记录数据；(7)将所有恒流源输出调至零，关闭电源。四.实验结果与分析1.数据记录（1）当样品电流与外磁场相互垂直时，记录数据如下表：输出电流6A——-6A：U/mv5.7755.7765.7775.7805.7835.7875.7915.7945.7965.797I/A65.505.154.543.582.982.542.312.061.89U/mv5.7985.8005.8035.8055.8075.8105.8155.8175.8205.826I/A1.821.7