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磁阻效应

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  • 发布时间:2014/7/28 17:14:35
  • 作者:银河电气

一、磁阻效应的定义

  磁阻效应(Magnetoresistance Effect, MR)是指材料之电阻随着外加磁场的变化而改变的效应。衡量磁阻(Magnetoresistance ,缩写为MR)的物理量定义为外加磁场后的电阻变化率,即:在有无外加磁场下的电阻之差除以无外加磁场时的电阻。
  磁阻效应明显的材料称为磁阻材料,最典型的磁阻材料是锑化铟(InSb)。

二、磁阻效应的原理

  当半导体受到与电流方向垂直的磁场作用时,载流子会同时受到洛伦兹力与霍尔电场力,由于半导体中载流子的速度有所不同,假设速度为V0的载流子受到的洛伦兹力及霍尔电场力相互抵消,那么,这些载流子的运动方向不会偏转,而速度低于V0或高于V0的载流子的运动方向将发生偏转,导致沿电流方向的速度分量减小,电流变小,电阻增大。这种现象就是磁阻效应。

三、磁阻效应的发现

  磁阻效应由威廉•汤姆逊(William Thomson)于1857年发现。由于在一般材料中,磁阻效应(电阻的变化)通常小于5%,这样的效应后来被称为“常磁阻”(ordinary magnetoresistance, OMR)。

四、磁阻效应的分类

1、常磁阻效应(ORDINARY MAGNETORESISTANCE Effect, OMR)

  对所有非磁性金属而言,由于在磁场中受到洛伦兹力的影响,部分载流子在行进中发生偏转,使得路径变成沿曲线前进,如此将使载流子行进路径长度增加,使载流子碰撞机率增大,进而增加材料的电阻。

2、巨磁阻效应(GIANT MAGNETORESISTANCE Effect, GMR)

  巨磁阻效应存在于铁磁性(如:Fe, Co, Ni)/非铁磁性(如:Cr, Cu, Ag, Au)的多层膜系统,由于非磁性层的磁交换作用会改变磁性层的传导电子行为,使得电子产生程度不同的磁散射而造成较大的电阻,其电阻变化较常磁阻大上许多,故被称为“巨磁阻”。 
  2007年诺贝尔物理学奖授予来自法国国家科学研究中心的物理学家艾尔伯•费尔和来自德国尤利希研究中心的物理学家皮特•克鲁伯格,以表彰他们发现巨磁阻效应的贡献。

3、超巨磁阻效应(COLOSSAL MAGNETORESISTANCE Effect, CMR)

  超巨磁阻效应存在于具有钙钛矿(Perovskite)ABO3的陶瓷氧化物中。其磁阻变化随着外加磁场变化而有数个数量级的变化。其产生的机制与巨磁阻效应(GMR)不同,而且往往大上许多,所以被称为“超巨磁阻”。

4、异向性磁阻效应(ANISOTROPIC MAGNETORESISTANCE Effect, AMR)

  有些材料中磁阻的变化,与磁场和电流间夹角有关,称为异向性磁阻效应

5、穿隧磁阻效应(TUNNEL MAGNETORESISTANCE Effect, TMR)

  穿隧磁阻效应是指在铁磁-绝缘体薄膜(约1纳米)-铁磁材料中,其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。穿隧磁阻效应首先于1975年由Michel Julliere在铁磁材料(Fe)与绝缘体材料(Ge)发现;室温穿隧磁阻效应则于1995年,由Terunobu Miyazaki与Moodera分别发现。穿隧磁阻效应是磁性随机存取内存(magnetic random access memory, MRAM)与硬盘中的磁性读写头(read sensors)的科学基础。

五、磁阻效应的应用

  目前,磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。
  磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域得到广泛应用,如数字式罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞检别、位置测量等。
  巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研制用于硬磁盘的数据读取探头(Read Head)。使得存储单字节数据所需的磁性材料尺寸大为减少,从而使得磁盘的存储能力得到大幅度的提高。第一个商业化生产的数据读取探头由IBM公司于1997年投放市场,到目前为止,巨磁阻技术已经成为全世界几乎所有电脑、数码相机、MP3播放器的标准技术。

  作者:AnyWay中国
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