巨磁电阻的研究及应用

《巨磁电阻的研究及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、巨磁电阻的研究及应用前言：纳米技术的飞速发展，这也引发了一些新的物理现象以及物理定律的发现，好比说是科学与技术发展是相辅相成的，正如已经得到广泛运用的巨磁电阻效应，生活的许多方面都有着量子力学和纳米技术的影子，今天我们要研究的便是磁场对某些特殊电阻的影响以及引发的一些应用思考。一.实验目的：(1)了解巨磁电阻效应的原理(2)测量巨磁阻模拟传感器的磁电转换特性曲线(3)用巨磁阻模拟传感器测量电流，这属于巨磁阻效应的应用(4)利用巨磁阻模拟传感器测量角位移，同属该效应的实际应用二.实验原理：对于巨磁电阻效应的原理我们总要通过量子力学和纳米

2、科技学才能很好的了解，我查阅了百度百科以及一些人的论文有了一个大体的了解。根据导电的微观了解，电子在导电的时候并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格（也就是原子的空间格架，也叫作晶架）发生碰撞，每次碰撞后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。我们常说的电阻定律R=pl/S中，把电阻率视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程，我们完全可以忽视这种碰撞或者称之为边缘效应，当

3、材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时，电子就更加容易发生碰撞，平均自由程也会降低，电阻率增大。电子除携带电荷外，还具有自旋特性,自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受碰撞几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻,这就是所谓的两电流模型。两自旋电流模型.材料的总电阻等效于自旋向匕和向卜的电阻通道的并联犁竺竺沁向无外磁场时屁圧檢场方向这是多层膜GMR（巨磁电阻）结构图在上图的多层膜GMR结构中，无外磁场时，上下两层磁性

4、材料是反平行耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合O4X0I}4丨I0.2900250Sh磁场强度/髙斷这是某种巨磁电阻材料随磁场的电阻变化特性，由图可见，由图可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小，其间有一段线性区域。当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不再减小，进入磁饱和区域。磁阻变化率AR/R达百分之十几，加反向磁场时磁阻特性是对称的。有两类与自旋相关的散射对巨磁电阻效应有贡献。其一，界面上的散射。无外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向相反,无论

5、电子的初始自旋状态如何，从一层铁磁膜进入另一层铁磁膜时都面临状态改变（平行一反平行,或反平行一平行），电子在界面上的散射几率很大，对应于高电阻状态。有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向一致，电子在界面上的散射几率很小，对应于低电阻状态。其二，铁磁膜内的散射。即使电流方向平行于膜面，由于无规散射，电子也有一定的几率在上下两层铁磁膜之间穿行。无外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场相反，无论电子的初始自旋状态如何，在穿行过程中都会经历散射几率小（平行）和散射几率大（反平行）两种过程，两类自旋电流的并联电阻相似两个中等阻值的电阻的并联，对应于高电阻

6、状态。有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向一致，自旋平行的电子散射几率小,自旋反平行的电子散射几率大，两类自旋电流的并联电阻相似一个小电阻与一个大电阻的并联，对应于低电阻状态。一.实验仪器GMR模拟传感器电流测量组件角位移测量仪器四：实验步骤1.调节GMR模拟器的磁场，记录输出电压在磁场增大和减小时的数据(n=24000匝/m)2.将导线置于GMR模拟传感器近旁，用GMR传感器测量导线通过不同大小电流时导线周围的磁场变化，就可确定电流大小，同时记录实验数据。3.改变角位移测量器转动的角度，同时记录GMR模拟传感器的输出电压大小。五：实

7、验数据及处理1.GMR模拟传感器的磁电转换特性测量磁感应强度/G输出电压/V励磁电流/mA磁感应强度/G减小磁场增大磁场10030.159290.2280.2279027.143360.2270.2268024.127430.2270.2257021.11150.2260.22160095570.2210.2095015.079640.1980.1784012.063720.1620.138309.047790.1230.102206.031860.0830.065103.015930.0470.03351.507960.0280.0

8、16000.0120.0045-1.5079600.0231-10-3.015930.0280.039-20-6.031860.060.077-30-9.047790.0940.115-40-12.063720.1320