薄膜巨磁电阻效应及其研究进展

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物理学研究进展-巨磁电阻篇

物理学研究进展巨磁电阻众所周知，许多物质在外磁场作用下都可观察到磁致电阻效应，但一般材料最大只有2％～3％。

l988年，法国巴黎大学的巴西学者Baibich等首次报道了Fe/Cr 超晶格的磁电阻变化率达到50％，比通常的磁电阻效应大一个数量级，而且远远超过多层膜中Fe层磁电阻变化的总和，这一现象被称为巨磁电阻效应(Giant Magnetoresistance，简记为GMR)。

由于其在计算机硬盘读取磁头，磁传感器以及磁记录方面的重大应用价值，引起了广泛的关注，使得对它的基础研究及应用和开发研究几乎是齐头并进的，成为当前凝聚态物理研究和材料科学的前沿和热点之一。

GMR效应原理GMR效应理论复杂，不同类型材料的作用机理不同。

且多数仍在探索中，目前以二流体模利定性解释磁性多层膜GMR效应较为成熟。

该模型中铁磁金属的电流南自旋向上、向下的电了分别传输，自旋磁矩方向与区域磁化方向平行的传导电子受的散射小，电阻率低。

磁性多层膜相邻磁层的磁矩反铁磁耦合时，自旋向上、向下的传导电子在传输过程中分别受周期性的强、弱散射而表现为高阻态；相邻磁层在外加磁场作用下趋于平行时，自旋向上的传导电子受较弱的散射而构成低阻通道，自旋向下的传导电子则受强散射形成高阻通道，因两通道并联，故多层膜表现为低阻状态。

巨磁电阻材料为了满足应用的要求，对GMR材料的主要要求是：高的室温GMR效应，即由外加磁场引起的室温电阻变化率高；低的工作磁场，即在较低的外加磁场强度下得到高的MR；高的稳定性，即环境条件(温度、湿度、振动等)变化时，MR的变化要尽量小。

就目前研究热点的几类GMR材料，可以说是各有特点。

目前，已发现具有GMR效应的材料主要有多层膜、自旋阀、颗粒膜、磁性隧道结和氧化物超巨磁电阻薄膜等5大类。

(1)磁性金属多层膜铁磁层(Fe，Ni，Co及其合金)和非磁层(包括3d，4d以及5d非磁金属)交替重叠构成的金属磁性多层膜常具有巨磁电阻效应，其中每层膜的厚度均在纳米量级。

磁电阻效应的研究进展

第３卷第４２期
２１４月００年
宜春学院学报
ＪｕｎｌｆＹｃｕｏｌｇｏｒａｉｈｎＣｌｅｏｅ
Ｖｏ．２．Ｎｏ４１３．
Ａｐｒ２０．０１
磁电阻效应的研究进展
张兆刚
（宜春学院物理科学与工程技术学院，江西宜春
ｐｎｉｎｎｔｉｐｐｒｈｅｍａｔｒａｄｍｅｈｎｓｏｅｅｓｉｄｇｅｏｅｉａｅｆｃｒｒｓｎｅｅｅａｙＭｏｅｖｒｈａｓｏ．Ｉｓａｅ，ｔｔｎｃａｉｍｆｓｓｎｅｅｅｔａｅｐｅｅｔｄｇｎｒｌ．ｈｅｆｔｌｒｏｅ，ｔｅ
（ｏｅｅｆＰｙｉｃｎｅａｄＥｇｎｅｎｅｎｌｙＹｈｎＵｉｒｔ，ｉｕ３００ｈｎ）ＣｌｇｈｓｓｉｃｎｎｉｒｇＴｃｏｏ，ｉｕｎｖｓｙＹｈｎ３６０，ＣｉｌｏｃＳｅｅｉｈｇｃｅｉｃａ
ＡｂｔａｔＳｉｔｏｉｓｔｔｅＣＯＳｏｇｅｉｍ，ｅｅｔｎｃｎｆｒｔｓｓａｎｗｅｒｉｇｆｌｓａｃｎｃｎｉｅａｌｘｓｒｃ：ｐｎｒｎｅ，ａｈＲＳｆｍａｎｔｓｌｃｒｉｓａｄｉｏｍａｉ，ｉｅｍｅｇｎｅｄｏｒｅｒｈｉｏｓｄｒｂｅｅ — ｏｎｃｉｆｅ
ＭＲ：
ｐｕ
文明的信息时代。随着信息技术的发展、电子器件的微型
化、电路芯片的大容量、存储信息的高密度化促使人们不断地发现新的物理现象，开发新型功能材料，以实现如高磁存储密度、快速读写、高灵敏度等。基于凝聚态物理、

实验报告薄膜材料磁电阻效应实验

薄膜材料磁电阻效应实验一、实验目的1. 了解磁性薄膜材料科学及磁电子学的一些基本概念和基础知识；2. 了解MR 、AMR 、GMR 等相关基本概念；3. 了解和学会利用四探针法测量磁性薄膜磁电阻的鱼原理和方法；4. 分析利用四探针法测量磁电阻可能的实验误差来源。

二、实验原理1. 磁性薄膜的磁电阻效应（MRE ）磁电阻效应MRE 是指物质在磁场的作用下电阻会发生变化的物理现象。

表征磁电阻效应大小的物理量为MR ，其定义为：00100%MR ρρρρρ-∆==⨯ （1）其中0ρ、ρ分别代表不加磁场和加了磁场以后的电阻率大小。

磁电阻效应按照产生的磁电阻大小以及机理不同可以分为：正常磁电阻效应（OMR ）、各向异性磁电阻效应（AMR ）、巨磁电阻效应（GMR ）和超巨磁电阻效应（CMR ）等。

（1）正常磁电阻效应（OMR ）正常磁电阻效应(OMR)为普遍存在于所有金属中的磁场电阻效应，它由英国物理学家W.Thomson 于1856年发现。

其特点是：a .磁电阻MR >0b .各向异性，但//ρρ⊥> (⊥ρ和//ρ分别表示外加磁场与电流方向垂直及平行时的电阻率) c .当磁场不高时，MR 正比于H 2OMR 来源于磁场对电子的洛伦兹力，该力导致载流体运动发生偏转或产生螺旋运动，因而使电阻升高。

大部分材料的OMR 都比较小。

以铜为例，当H=10-3T 时，铜的OMR 仅为4⨯10-8%。

（2）各向异性磁电阻效应（AMR ）在居里点以下，铁磁金属的电阻率随电流I 与磁化强度M 的相对取向而异，称之为各向异性磁电阻效应。

即⊥ρ≠//ρ。

各向异性磁电阻值通常定义为：0///)(/ρρρρρ⊥-=∆=AMR （2）低温5K 时，铁、钴的各向异性磁电阻值约为1%，而坡莫合金(Ni 81Fe 19)为15%，室温下坡莫合金的各向异性磁电阻值仍有2~3%。

图1所示为厚度为200 nm 的NiFe 单层薄膜的磁电阻（MR ）变化曲线。

超巨磁电阻薄膜物理及应用

超巨磁电阻薄膜物理及应用摘要：由于在外界温度变化和磁场作用下表现出巨大的磁电阻效应(CMR)，超巨磁电阻材料成为一个热点研究课题。

CMR材料在硬盘读出磁头，随机存储器上极具潜力，在磁传感器、光热辐射探测器、场效应晶体管及磁制冷等方面的应用也崭露头角。

首先介绍了CMR薄膜材料的结构和机理，接着详细讨论了它们在器件应用上，尤其是在激光感生电压热电电压效应(LITV)、Bolometer、传感器等有关方面的应用进展。

最后展望了CMR薄膜未来的应用前景。

引言众所周知，许多物质在外磁场作用下都可观察到磁致电阻效应，但一般材料最大只有2％～3％。

l988年，法国巴黎大学的巴西学者Baibich等⋯首次报道了Fe／Cr超晶格的磁电阻变化率达到50％，比通常的磁电阻效应大一个数量级，而且远远超过多层膜中Fe层磁电阻变化的总和，这一现象被称为巨磁电阻效应(GiantMagnetoresistance，简记为GMR)。

此后，人们相继在自旋阀，颗粒膜，非连续膜和隧道结以及钙钛矿锰氧化物薄膜中发现了巨磁电阻效应。

值得关注的是，1993年，Helmolt等在LaBaMnO3薄膜中观察到了更巨大的负磁阻效应，其MR效应可达到l0 ％～l0。

％，引起了物理、计算机、材料和自动控制等领域的众多科学家的极大兴趣，因为这预示了巨磁电阻效应的研究不仅由金属、合金样品扩展到了氧化物材料，还提出许多前沿的物理问题，这无疑将对巨磁电阻材料的实际应用起到巨大的推动作用。

随后的进一步研究发现，掺杂稀土锰氧化物在磁场下的反常输运性质不同于金属磁性超晶格样品中的巨磁电阻效应，而是与氧化物高温超导体中电子的强关联和输运更相近。

因而，掺杂稀土锰氧化物的磁电阻随外磁场变化的现象又称为超巨磁电阻效应(ColossalMagnetoresistance，CMR)，并与强关联物理联系在一起。

本文简单介绍了超巨磁电阻材料的结构和机理，着重讨论了近年来CMR材料在LITV 器件，Bolometer，传感器及磁随机存储器等方面的应用进展，最后展望了CMR材料的发展前景。

【2017年整理】巨磁阻效应的原理及应用

【2017年整理】巨磁阻效应的原理及应用巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance, GMR）是一种物理现象，指在特定条件下，铁磁或亚铁磁材料中的磁电阻发生显著变化的现象。

这种现象在工业和科研领域具有广泛的应用价值，因此了解其原理及在各领域的应用十分重要。

一、巨磁阻效应的原理巨磁阻效应主要由以下几个因素决定：1.交换耦合：当两个磁性材料之间有耦合作用时，它们的磁矩会互相影响。

在特定的条件下，这种耦合作用会使材料的磁电阻发生显著变化。

2.层状结构：巨磁阻材料通常采用多层膜结构，其中每一层都可以作为电流通道。

当电流垂直于膜面流动时，各层中的磁矩会相互作用，导致电阻发生变化。

3.钉扎场：钉扎场是指材料内部由于杂质、缺陷或其他因素引起的局部磁场。

当电流在材料中流动时，钉扎场会对电流产生散射作用，导致电阻增加。

二、巨磁阻效应的应用巨磁阻效应在多个领域具有广泛的应用价值，以下是几个主要应用领域：1.硬盘读取头：巨磁阻材料制成的硬盘读取头是现代计算机和数据中心的核心组件之一。

由于其具有高灵敏度和低噪音的特性，使得硬盘读取头的读取速度和准确性得到大幅提升。

2.磁传感器：巨磁阻材料制成的磁传感器在医疗、工业和科研领域得到广泛应用。

例如，在医疗领域中，磁传感器可用于检测人体内的金属物体和进行磁场导航；在工业领域中，磁传感器可用于检测电动机和发电机的转子位置；在科研领域中，磁传感器可用于研究物质的磁性和电磁场分布。

3.磁场探测器：巨磁阻材料制成的磁场探测器可用于检测弱磁场和高精度测量磁场方向和大小。

例如，在地球物理勘探、生物医学和核磁共振等领域，磁场探测器具有重要应用价值。

4.磁记忆材料：巨磁阻材料制成的磁记忆材料具有高密度、高速度和高可靠性等优点，可用于数据存储和逻辑运算等领域。

与传统的半导体存储器相比，磁记忆材料具有更高的存储密度和更长的使用寿命。

5.磁场调控：巨磁阻效应还可以用于调控磁场分布和方向，从而在多个领域具有潜在的应用价值。

巨磁电阻效应及其应用实验报告

巨磁电阻效应及其应用实验报告引言巨磁电阻（GMR）效应是一种在特定材料中的电阻随着磁场强度的改变而发生改变的现象，这个现象在1988年被发现并且被认为是一种非常重要的物理现象。

GMR效应的发现因其在信息存储和传输方面的应用而获得广泛的关注。

本实验旨在通过对GMR效应的测量来研究其基本性质以及应用。

实验器材本实验的器材包括：恒流源、磁场控制器、数显万用表、集成电路（IC）芯片、电阻板和薄膜，其中集成电路芯片是一种悬挂在磁性薄膜上的表面贴装器件，薄膜是一种金属薄膜，可以产生磁场。

实验步骤1.将IC芯片放置在电阻板的中心位置。

2.将磁性薄膜放置在IC芯片顶部，注意不要碰到芯片。

3.将恒流源的电流调节到正确的数值，根据实验需求选择恒流源的最大或最小电流值。

4.打开磁场控制器，使用磁场控制器来控制磁场的强度，根据需要进行改变。

5.使用数显万用表来测量芯片中的电压。

6.根据实验的需要调整电阻板和薄膜之间的距离。

实验结果实验结果表明，在施加不同大小的磁场时，IC芯片的电阻会发生变化，这种变化非常灵敏，能够实现高精度的控制。

此外，IC芯片的电阻随着磁场的强度增加而减小，这表明芯片的电阻具有“负巨磁电阻”效应。

讨论与结论巨磁电阻效应是一种非常重要的物理现象，它在信息存储和传输方面具有非常广泛的应用。

本实验展示了GMR效应的基本特性，并探讨了其在实际应用中的潜在价值。

我们可以通过调整材料的性质来提高其敏感度和精度，从而扩展其现有应用。

总之，GMR效应在信息技术领域是一个革命性的技术，它为我们提供了一种新的方式来控制和处理信息。

通过进一步研究和优化，我们可以更好地利用这个效应，实现更高效的数据传输和处理。

巨磁电阻效应实验结论

巨磁电阻效应实验结论巨磁电阻效应，这个名字听起来有点高大上，实际上，咱们可以把它简单地想象成一种“磁力开关”，听着是不是有点神奇呢？说白了，它让一些材料在磁场中表现得像小变色龙，嗯，变化多端。

比如说，咱们常见的硬盘，它们可不是普通的存储设备，正是借助这种效应，才让数据读写变得又快又稳。

想象一下，咱们有一天在图书馆翻找一本书，突然发现了那个隐藏的宝藏。

这个时候，有个小朋友跑过来问：“这书怎么能找到的？”你就可以骄傲地说，嘿，我用了巨磁电阻效应！这个效应就像你的小伙伴，它帮助你在数据的海洋里，迅速找到那本稀有的书。

是不是感觉自己就像个科学家，真有点儿酷！来，咱们深入一点。

巨磁电阻效应最早是在1988年被发现的，那时候科学家们就像是在进行一场疯狂的宝藏猎人游戏，他们在各种材料中探索，发现了一些神秘的现象。

材料在磁场中变化的能力让他们大开眼界，啊，真是不可思议。

这就像你打开了一扇通往新世界的门，里面全是奇妙的科学现象和无尽的可能性。

咱们说说这个效应是怎么被应用的。

硬盘、传感器，还有各种电子设备，都在利用这种效果。

你想啊，现在手机里的存储技术，简直让人目瞪口呆，数据就像是飞一般的被读取和写入。

想要在游戏中快速存档？别担心，巨磁电阻效应在帮你忙呢。

那感觉就像是在打游戏时，突然获得了超级道具，分分钟提升战斗力！不仅如此，科学家们还在尝试把这个效应运用到新材料和新技术中。

未来的量子计算机、超导材料，甚至是一些环保的能源技术，都可能与这个效应息息相关。

是不是有点像科幻电影中的情节？科学真的就像魔法，只不过它的法术是通过实验和研究一点一滴积累起来的。

再说说这个效应的原理，简单点儿说，就是材料内部的电子在磁场中受到影响，导致电阻变化。

想象一下你在游乐场，排队的时候突然遇到了个大块头，哎呀，你得绕道而行。

这样一来，你的“通过能力”就变差了，电阻自然就增加了。

反过来说，当大块头离开了，你又可以轻松通过，电阻又降低了。

这种变化让人惊讶，让我们重新认识了材料的性能。

巨磁电阻效应及其应用

巨磁电阻效应及其应用巨磁电阻效应（GMR）是指一种材料在外加磁场作用下，其电导率发生改变，从而导致电阻率发生变化的现象。

这一现象最早是在20世纪50年代由Alfred G. Yelon等人在垂直于金属层面的磁场作用下观察到的。

但直到1988年，Prinz等人才发现了铁磁性薄膜间的GMR现象，这也使得GMR效应引起了科学家们的广泛兴趣。

GMR效应在接下来的几年里得到了深入研究，被发现可以用于高密度数据存储和无线通讯等多种应用中。

GMR效应可以由一系列不同的物理机制所产生。

其中，最为常见的是自旋環境杂化（SEH）和直接交换耦合（DEC）。

在SEH机制下，电流通过一条薄膜时会造成电子的自旋极化，这个自旋极化可以将与之相邻的薄膜中的自旋磁矩引起旋转，导致自旋的损失。

因此，在自旋磁矩方向相同的情况下，电阻率会较小，而在自旋反向的情况下，电阻率会较大。

在DEC机制下，自旋子交换能会通过金属层之间的电场作用而引起自旋磁矩的反向。

这也可以导致GMR效应的体现，但其具体机理仍有待深入探究。

GMR效应在很多领域都具有重要的应用。

其中最为广泛的是在数据存储中的应用。

磁头读取硬盘上的数据时，通过读取与保存数据时的自旋方向差异来区分不同的数据信息。

而GMR头比传统头更加灵敏，因此能够更准确地读取数据，同时也能够提高数据存储的密度。

此外，GMR效应还可以应用于磁性传感器中。

例如，GMR平面传感器可以精确地测量磁场的强度和方向，因此被广泛应用于导航、探矿以及科学实验中。

此外，GMR还可以应用于生物医学领域中的诊断和治疗。

比如在生命科学中，GMR传感器可以用于检测药物和蛋白质的相互作用，在诊断和治疗中也具有潜在的应用价值。

总之，GMR效应是一种基于材料电导率随磁场变化的现象。

其重要的应用领域包括数据存储、磁性传感器以及生物医学等领域。

随着技术的进步和理解的不断深入，GMR效应将有更多广阔的应用前景。

巨磁电阻效应

巨磁电阻效应巨磁电阻效应是一种材料的特殊电学性质，它在磁场的作用下，导致材料电阻发生变化。

这种效应最早于1857年被法国物理学家埃米尔·埃德蒙·皮卡尔发现，并在20世纪80年代得到了进一步的研究和应用。

一、巨磁电阻效应的原理巨磁电阻效应的原理主要基于磁电阻效应和自旋极化效应。

当电流通过材料时，自由电子会受到周围磁场的影响而发生偏转。

当磁场垂直于电流方向时，自由电子的自旋方向和运动方向会发生关联，这也被称为自旋阻尼。

在自旋阻尼的作用下，自由电子的速度和自旋方向会发生变化，导致电子在材料中碰到来自其他自由电子的阻力。

这种阻力会导致材料电阻的增加，从而出现巨磁电阻效应。

二、巨磁电阻效应的应用1. 磁存储技术巨磁电阻效应被广泛应用于磁存储器中，例如硬盘驱动器和磁存储芯片。

在磁存储器中，巨磁电阻效应可以使得读取电路能够更加准确地检测到磁场的变化，从而实现数据的读取和写入。

2. 磁传感器由于巨磁电阻效应的敏感性和可控性，它在磁传感器领域得到了广泛的应用。

磁传感器利用巨磁电阻效应可以测量磁场的强度和方向，广泛应用于导航、车辆安全和医疗设备等领域。

3. 电子设备巨磁电阻效应还被应用于电子设备中，例如磁传感器、扬声器和微波器件等。

这些设备利用巨磁电阻效应可以实现电阻的调节和信号的处理。

三、巨磁电阻效应的优势和展望与传统电阻相比，巨磁电阻效应有以下几个优势：1. 效应大：巨磁电阻效应的变化幅度可达到几十倍甚至上百倍。

2. 快速响应：巨磁电阻效应的响应速度可以达到纳秒级别。

3. 高稳定性：巨磁电阻效应是一种内禀的性质，不受温度和时间的影响。

随着科技的不断进步和应用场景的拓宽，巨磁电阻效应在各个领域都有很大的发展潜力。

未来，随着材料科学和纳米技术的进一步发展，相信巨磁电阻效应将有更加广泛的应用，为人们的生活带来更多便利和创新。

巨磁电阻效应的原理及应用

巨磁电阻效应的原理及应用1. 巨磁电阻效应的介绍巨磁电阻效应（Giant Magnetoresistance，GMR）是一种描述材料电阻随外加磁场变化的现象。

GMR的发现被认为是短距离存储技术的突破，对磁敏感材料和磁传感器的发展具有重要意义。

2. 巨磁电阻效应的原理巨磁电阻效应的产生与磁性多层膜结构中存在的顺磁性层和铁磁性层之间的相互作用有关。

当外加磁场改变时，磁性多层膜中的磁性层会发生磁矩的重排和旋转，从而导致电子的自旋定向与电子传输方向的关系发生变化。

这种变化会导致电阻的变化，即巨磁电阻效应的产生。

3. 巨磁电阻效应的应用巨磁电阻效应的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：3.1 磁存储器巨磁电阻效应在磁存储领域发挥着重要作用。

由于巨磁电阻效应的出现，磁存储器的读写速度得到了显著提高。

传统磁存储器需要通过读写头的接触来读取数据，而采用巨磁电阻效应材料制成的磁存储器只需通过测量电阻值的变化来完成数据读取，大大提高了读取速度和数据存取密度。

3.2 磁传感器巨磁电阻效应材料常常被用于制作磁传感器。

巨磁电阻效应材料的电阻值随外加磁场的变化而变化，因此可以利用巨磁电阻效应材料制成的传感器来测量磁场的强度和方向。

磁传感器在航空航天、交通运输、医疗设备等领域中得到了广泛应用。

3.3 磁电阻随机存取存储器（MRAM）巨磁电阻效应也被应用于磁电阻随机存取存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）的制造。

MRAM是一种新型的非易失性存储器，兼具闪存和DRAM的优点。

相比传统存储器技术，MRAM具有读取速度快、功耗低、抗辐射等优势。

3.4 理论研究与材料改进巨磁电阻效应的研究也对材料科学领域有着重要意义。

科学家们通过对巨磁电阻效应的原理和机制的研究，不断改进巨磁电阻材料的性能和稳定性，以实现更高的电阻变化率和更佳的传感特性。

4. 结论巨磁电阻效应作为一种重要的磁电效应，具有广泛的应用前景。

巨磁电阻表明在不同的磁场方向中电阻随之改变的一类效应

巨磁电阻表明在不同的磁场方向中电阻随之改变的一类效应巨磁电阻（giant magnetoresistance，简称GMR）效应是一种发现于1988年的物理现象，它揭示了磁场对材料电阻的巨大影响。

GMR效应在许多领域具有重要应用，尤其在信息存储技术方面，为硬盘驱动器和磁存储器的发展做出了巨大贡献。

本文将介绍巨磁电阻效应的原理、应用以及未来的发展趋势。

一、巨磁电阻效应原理巨磁电阻效应的基本原理是由两个或多个磁性层夹着一个非磁性层构成的多层薄膜结构。

这些磁性层可以是铁、镍、钴等材料，而非磁性层通常是铜或铬。

当这个多层薄膜结构处于一个磁场中时，磁性层的磁矩会在外力的作用下重新排列。

这个过程会导致电子在磁性层之间发生散射，从而影响到整个结构的电阻。

当磁场与多层薄膜结构的磁矩平行排列时，电子在磁性层之间的散射最小，电阻值较小。

而当磁场与磁矩反平行排列时，电子在磁性层之间的散射最大，电阻值较大。

通过测量不同磁场下的电阻值，可以得到巨磁电阻效应。

这一效应的特点是，当磁场方向发生变化时，电阻随之改变。

二、巨磁电阻效应的应用1. 磁存储器巨磁电阻效应在磁存储器领域有着广泛的应用。

传统的硬盘驱动器中，磁头通过感应磁性材料的磁场变化来读取和写入数据。

而巨磁电阻效应可以提供更高的读取灵敏度和更大的磁场响应范围，从而提高了数据的读取速度和存储密度。

2. 磁传感器巨磁电阻效应还可以用于制造高灵敏度的磁传感器。

这种传感器可广泛应用于磁场测量、位置检测、磁导航等领域。

相比传统的磁传感器，基于巨磁电阻效应的磁传感器具有更高的灵敏度和更快的响应速度。

3. 磁阻随机存储器磁阻随机存储器（magnetic random-access memory，简称MRAM）是一种新兴的存储器技术。

它基于巨磁电阻效应来存储数据，具有非易失性、快速读写、高密度等优点。

相比传统存储器技术，MRAM能够提供更高的数据存储密度和更低的功耗。

三、巨磁电阻效应的发展趋势巨磁电阻效应的研究仍在不断深入，未来有以下几个发展趋势：1. 新的材料和结构：研究人员正在寻求新的材料和结构，以增强巨磁电阻效应。

巨磁阻效应的原理及应用

巨磁阻效应的原理及应用1. 引言巨磁阻效应（Giant Magneto Resistance，简称GMR）是一种材料特性，是指在外加磁场下，材料电阻发生大幅度变化的现象。

由于其在信息存储、传感器等领域具有广泛的应用，因此对其原理及应用进行深入研究和了解具有重要意义。

2. 巨磁阻效应的原理巨磁阻效应源于磁性多层结构材料中的自旋阻尼效应和磁性交换效应。

当多层结构材料中的两个磁性层之间被非磁性层隔开时，自旋极化电流通过这些层会引起阻尼之间的传递，导致电阻发生变化。

巨磁阻效应的原理可以用以下几点进行解释：•磁性多层结构：采用多层薄膜结构，其中包含不同磁性层和非磁性层。

•自旋极化电流：施加自旋极化电流时，电子的自旋会对电子传输产生影响。

•自旋阻尼效应：自旋极化电流通过磁性层时，会与该层磁矩发生相互作用，引起自旋的阻尼。

•磁性交换效应：自旋极化电流引起的自旋阻尼会与相邻磁性层之间的磁性交换作用产生耦合，导致电阻变化。

3. 巨磁阻效应的应用3.1 磁存储器巨磁阻效应在磁存储器中有广泛应用。

磁存储器利用外加磁场的变化，改变磁性多层结构材料中的电阻，从而存储和读取信息。

巨磁阻效应的高灵敏度和可控性，使得磁存储器具有更高的容量和更快的速度。

3.2 磁传感器巨磁阻效应也可以应用于磁传感器中。

磁传感器利用材料的电阻变化来感应磁场的变化。

巨磁阻传感器具有高灵敏度、宽工作范围和低功耗的特点，广泛应用于磁测量、地磁导航和磁生物学等领域。

3.3 磁电阻头巨磁阻效应还可以用于磁电阻头的制造。

磁电阻头是读取硬盘驱动器中存储信息的装置，利用材料电阻的变化来感知磁场中的数据。

巨磁阻效应的高灵敏度和稳定性，使得其在磁电阻头中有广泛的应用。

3.4 其他应用领域除了上述应用领域，巨磁阻效应还可应用于磁生物学、磁传导等领域。

例如，巨磁阻效应可以用于生物传感器中，实现对生物磁场的检测和分析。

此外，巨磁阻效应还可以用于磁传导器件中，实现磁传导的控制和调节。

巨磁电阻效应及其应用实验报告

巨磁电阻效应及其应用【实验目的】1、了解GM效应的原理2、测量GM模拟传感器的磁电转换特性曲线3、测量GM的磁阻特性曲线4、用GM传感器测量电流5、用GM梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GM转速（速度）传感器的原理【实验原理】根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射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。

电阻定律R二I/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（例如铜中电子的平均自由程约34nm ,可以忽略边界效应。

当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3 nm）,电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。

;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。

在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）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。

电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。

图3是图2结构的某种GM材料的磁阻特性。

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△ R/R达百分之十几，加反向磁场时磁阻特性是对称的。

注意到图2中的曲线有两条，分别对应增大磁场和减小磁场时的磁阻特性，这是因为铁磁材料都具有磁滞特性。

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-反平行，或反平行-平行），电子在界面上的散射几率很大，对应于高电阻状态。

巨磁电阻

1所谓巨磁电阻效应,是指材料的电阻率将受磁化状态的变化而呈现显著改变的现象。

一般定义为GMR=[(Q0-QH)/Q0]@100%。

其中,QH为在磁场H作用下材料的电阻率,Q0指无外磁场作用下材料的电阻率.2 巨磁电阻材料的研究进展目前,已发现具有GMR效应的材料主要有多层膜、自旋阀、颗粒膜、/非连续0多层膜、磁隧道结、钙钛矿型稀土)锰氧化物、熔淬薄带等。

3 巨磁电阻材料的应用现状巨磁电阻材料是20世纪90年代新开发的一种功能材料。

由于它与传统的各向异性磁电阻材料相比具有很高的磁场灵敏度等优点，关于它的研发在国际上倍受重视。

巨磁电阻材料过去主要用于制作计算机硬盘读头，目前正向着更广泛的用领域扩展。

巨磁电阻传感器元件由于灵敏度高、热稳定性好、成本低等优点而完全可取代霍尔及磁阻元件，从而广泛应用在信息、电机、电子电力、能源管理、汽车、磁信息读写及工业自动控制等领域。

在汽车传感技术上的应用是巨磁电阻材料的一个重要应用领域。

311 巨磁电阻传感器巨磁电阻传感器由于具有巨大的GMR值和较大的磁场灵敏度,表现出更强的竞争能力,用来代替传统磁电阻传感器,可大大提高传感器的分辨率,灵敏度、精确性等指标,特别是在微弱磁场的传感方面,如可用于伪钞识别器等方面,则显出更大的优势。

更广泛的应用是各类运动传感器,如对位置、速度、加速度、角度、转速等的传感,在机电自动控制、汽车工业和航天工业等方面有广泛的应用。

312 巨磁阻磁记录读出磁头传统的电磁感应式磁头,在读取高密度磁记录信息时,信噪比也不能满足要求。

此时对应于每个记录位的磁通量是微弱的。

如果采用薄膜电阻磁头读取信息,磁场的微弱变化对应着磁电阻的显著变化,是读取高密度磁记录信息较理想的手段。

因此,磁电阻头及巨磁电阻读出磁头就成为实现新型超高密度磁记录的关键技术及目前唯一有效途径。

313 巨磁电阻随机存储器(MRAM)最近,在巨磁电阻用于内存的主要组成部分-随机存储器RAM方面获得较大进展。

巨磁电阻效应及其应用实验报告总结

巨磁电阻效应及其应用实验报告总结
巨磁电阻效应是一种基于材料的磁电现象，具有广泛的应用前景。

本
实验通过制备和测试一个巨磁电阻器件，深入了解了巨磁电阻效应的基本
原理及其在传感器和存储器等领域的应用。

实验步骤中，我们首先制备了铁磁性材料和非磁性材料的多层薄膜结构，并对其进行了表征。

接着，在不同的磁场作用下，测量了巨磁电阻器
件的电阻值。

实验结果表明，在外加磁场下，器件的电阻值会发生显著变化，这是由于磁感应强度对薄膜内自旋电子的传输行为产生了影响。

根据实验数据，我们进一步研究了巨磁电阻效应的应用。

在磁传感器
方面，可以利用巨磁电阻材料测量磁场的大小和方向；在磁存储器方面，
可以利用其高敏感性和可控性进行数据读写和存储等操作。

此外，巨磁电
阻效应还可以应用于电流传感、转换和控制等领域。

总之，巨磁电阻效应是一项十分有前景的技术，具有广泛的应用价值。

随着科技进步和材料研究的深入，这项技术在未来将会有更加广泛和深入
的应用，取得更加重要的成果。

巨磁电阻效应及其应用实验报告

巨磁电阻效应及其应用实验报告巨磁电阻效应（Giant Magneto-Resistance, GMR）是一种在金属中观察到的电阻变化现象，由于它的优异特性，使得它在信息技术领域有着广泛的应用。

本实验旨在通过实验观察巨磁电阻效应，并探索其在磁存储器领域的应用。

1.实验原理2.实验器材和实验步骤实验器材:-差分放大器-稳压电源-多层膜样品-外加磁场产生器-数字万用表实验步骤:1.将多层膜样品连接到差分放大器的输入端，并将输出端连接到数字万用表。

2.连接稳压电源，并将多层膜样品置于外加磁场产生器中。

3.通过调节外加磁场的大小和方向，观察并记录差分放大器输出的电压值。

4.改变外加磁场的方向，再次观察并记录差分放大器输出的电压值。

5.重复步骤3和4，直到获得一系列不同磁场方向下的电压值。

3.实验结果和分析通过实验记录的数据，我们可以绘制出不同磁场方向下的电压-磁场曲线图。

该曲线图显示了巨磁电阻效应的存在，在磁场方向变化时，电压值也随之变化。

当磁场方向与多层膜样品的磁化方向一致时，电压值较小，而反之电压值较大。

4.应用领域巨磁电阻效应在磁存储器领域有着广泛的应用。

其中一个重要的应用是硬盘驱动器。

硬盘驱动器通过在磁头上应用磁场读取和写入信息到磁性盘片上。

巨磁电阻效应可以提高磁头的读取精度和灵敏度，从而提高硬盘驱动器的性能和存储容量。

此外，巨磁电阻效应还可以用于磁场传感器、磁记忆器等领域。

总结：本实验通过实验观察和记录，成功展示了巨磁电阻效应的存在，并探索了其在磁存储器领域的应用。

巨磁电阻效应的出现为信息技术领域带来了巨大的进步和发展。

随着对巨磁电阻效应的深入研究，相信它的应用将会越来越广泛，对信息技术的发展起到重要的推动作用。

薄膜巨磁电阻效应及其研究进展

薄膜巨磁电阻效应及其研究进展
李文涛;谢致薇;杨元政;陈先朝
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2010(024)015
【摘要】叙述了巨磁电阻效应的两种基本结构--颗粒膜和多层膜.分析了两者的异同、制备方法以及近年来的一些研究成果.在实际测量巨磁电阻效应过程中外界因素对其有很大影响,讨论了如磁场强度、温度、磁性颗粒形状、大小、分布情况、界面构型、非磁性层或颗粒与磁性层或颗粒对测量磁电阻效应数值的影响及其机制.【总页数】5页(P29-32,38)
【作者】李文涛;谢致薇;杨元政;陈先朝
【作者单位】广东工业大学微电子学与固体电子学系,广州,510006;广东工业大学微电子学与固体电子学系,广州,510006;广东工业大学微电子学与固体电子学系,广州,510006;广东工业大学微电子学与固体电子学系,广州,510006
【正文语种】中文
【相关文献】
1.(La1-xTbx)2/3Sr1/3MnO3薄膜的巨磁电阻效应 [J], 吴坚;张世远;都有为
2.不同衬底温度下制备的Co-Al-O介质颗粒薄膜的巨磁电阻效应 [J],
3.多层薄膜的巨磁电阻效应及其应用 [J], 张兰;马会中
_(1-x)Ca_xMn_(1.03)O_(3)外延薄膜的巨磁电阻效应 [J], 冯尚申;Keikichi Nakamura;焦正宽
5.退火温度及薄膜厚度对Co-Ag颗粒膜结构及巨磁电阻效应的影响 [J], 左卫群;成钢
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巨磁电阻效应及应用实验报告

巨磁电阻效应及其应用2007年诺贝尔物理学奖授予了巨磁电阻( Giant magneto resistance,简称GMR)效应的发现者：法国物理学家阿尔贝·费尔(Albert Fert)和德国物理学家彼得·格伦贝格尔( Peter Grunberg )。

诺贝尔奖委员会说明：“这是一次好奇心导致的发现，但其随后的应用却是革命性的，因为它使计算机硬盘的容量从几百、几千兆，一跃而提高几百倍，达到几百G乃至上千G。

”凝聚态物理研究原子，分子在构成物质时的微观结构，它们之间的相互作用力，及其与宏观物理性质之间的联系。

人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态。

量子力学出现后，德国科学家海森伯(W. Heisenberg，1932年诺贝尔奖得主)明确提出铁磁性有序状态源于铁磁性原子磁矩之间的量子力学交换作用，这个交换作用是短程的，称为直接交换作用。

图 1 反铁磁有序后来发现很多的过渡金属和稀土金属的化合物具有反铁磁有序状态，即在有序排列的磁材料中，相邻原子因受负的交换作用，自旋为反平行排列，如错误!未找到引用源。

所示。

则磁矩虽处于有序状态，但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。

这种磁有序状态称为反铁磁性。

法国科学家奈尔(L.E. F. Neel)因为系统地研究反铁磁性而获1970年诺贝尔奖。

在解释反铁磁性时认为，化合物中的氧离子(或其他非金属离子)作为中介，将最近的磁性原子的磁矩耦合起来，这是间接交换作用。

另外，在稀土金属中也出现了磁有序，其中原子的固有磁矩来自4f电子壳层。

相邻稀土原子的距离远大于4f电子壳层直径，所以稀土金属中的传导电子担当了中介，将相邻的稀土原子磁矩耦合起来，这就是RKKY型间接交换作用。

直接交换作用的特征长度为0.1～0.3nm，间接交换作用可以长达1nm以上。

1nm已经是实验室中人工微结构材料可以实现的尺度。

1970年美国IBM实验室的江崎和朱兆祥提出了超晶格的概念，所谓的超晶格就是指由两种（或两种以上）组分（或导电类型）不同、厚度d极小的薄层材料交替生长在一起而得到的一种多周期结构材料。

巨磁阻效应的实验报告

巨磁阻效应的实验报告
《巨磁阻效应的实验报告》
摘要：本实验旨在研究巨磁阻效应，并通过实验验证其存在。

通过搭建实验装置，测量不同磁场下的电阻值，并分析其变化规律，最终得出结论。

引言：巨磁阻效应是一种新型磁敏效应，其在磁场作用下，材料的电阻值会发
生显著变化。

这种效应在磁传感器、磁存储器等领域具有潜在的应用前景，因
此对其进行深入研究具有重要意义。

实验方法：首先搭建实验装置，包括磁场发生器、电源、电阻计等。

然后在不
同磁场强度下，测量样品的电阻值，并记录数据。

最后分析数据，得出结论。

实验结果：通过实验测量，我们得到了不同磁场下的电阻值数据，并绘制了相
应的曲线图。

实验结果表明，在磁场作用下，样品的电阻值发生了明显的变化，呈现出巨磁阻效应。

讨论：通过对实验结果的分析，我们可以得出结论：巨磁阻效应是存在的，并
且在一定范围内具有显著的变化。

这为其在磁传感器等领域的应用提供了可靠
的实验依据。

结论：通过本次实验，我们验证了巨磁阻效应的存在，并对其进行了初步的研究。

这为进一步深入探讨巨磁阻效应的机理和应用提供了基础。

展望：未来，我们将进一步深入研究巨磁阻效应的机理，探索其在磁传感器、
磁存储器等领域的应用，并为其在工程技术中的应用提供更多的实验数据和理
论支持。

通过本次实验，我们对巨磁阻效应有了更深入的了解，也为其在实际应用中的
推广打下了基础。

希望我们的研究能够为相关领域的发展做出贡献。

巨磁电阻实验报告精要

巨磁电阻实验报告精要
巨磁电阻是一种新型的磁电材料，它具有高灵敏度、低功耗和快速响应等特点，因此在人们的生产生活中得到了广泛的应用。

为了深入了解巨磁电阻的特性及其应用，本文在实验室中开展了巨磁电阻实验，并进行了综合的分析和总结。

实验过程中，首先制备了巨磁电阻材料，在特定温度下将Ni80Fe20薄膜沉积于硅衬底上，形成薄膜结构。

然后，利用霍尔效应装置进行了磁电测试，经过对实验数据的处理和分析，我们发现：
1.巨磁电阻的灵敏度随温度升高而增大，这与其内部结构有关。

2.不同温度下的电阻率随磁场强度变化的关系，可以用万斯特电流效应公式计算出相关参数，进一步分析了巨磁电阻的磁电特性。

3.实验中还研究了巨磁电阻的磁矩自旋与磁场耦合效应，探讨了其在磁存储和磁传感器领域中的应用。

通过本次实验，我们深入了解了巨磁电阻的特性以及其应用前景，并掌握了巨磁电阻的制备、测试和分析技术，为我们将来的科学研究和工程应用奠定了基础。