磁电阻效应的研究进展
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第３ 卷 第 ４ ２ 期
２ １ ４月 ０ ０年
宜 春 学 院学 报
Ｊｕｎ ｌ ｆＹ ｃ ｕ ｏｌｇ ｏ ｒａ ｉｈ ｎ Ｃ ｌ ｅ ｏ ｅ
Ｖｏ ． ２． Ｎｏ ４ １３ ．
Ａｐｒ ２ ０ ． 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
ｐ ｎ ｉｎ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｍａｔｒ ａ ｄ ｍｅ ｈ ｎｓ ｏ ｅ ｅ ｓ ｉ ｄ ｇ ｅｏｅ ｉ ａ ｅ ｆ ｃ ｒ ｒ ｓ ｎ ｅ ｅ ｅ ａ ｙ Ｍｏ ｅ ｖ ｒ ｈ ａ ｓｏ ．Ｉ ｓ ａ ｅ ，ｔ ｔ ｎ ｃ ａ ｉｍ ｆｓｓｎ ｅ ｅ ｅ ｔａ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｇ ｎ ｒ ｌ ． ｈ ｅ ｆ ｔ ｌ ｒｏ ｅ ，ｔ ｅ
（ ｏ ｅｅｆＰ ｙｉ ｃ ｎｅａｄＥ ｇｎｅ ｎ ｅ ｎｌ ｙ Ｙ ｈ ｎＵ ｉ ｒｔ， ｉ ｕ ３０ ０ ｈｎ ） Ｃ ｌｇ ｈｓ ｓ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉ ｒ ｇＴｃ ｏｏ ， ｉ ｕ ｎｖ ｓｙ Ｙ ｈｎ３ ６ ０ ，Ｃ ｉ ｌ ｏ ｃＳｅ ｅｉ ｈ ｇ ｃ ｅｉ ｃ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｓ ｉｔｏ ｉｓ ｔｔ ｅＣ Ｏ Ｓｏ ｇ ｅｉｍ ， ｅｅ ｔ ｎｃ ｎ ｆ ｒ ｔ ｓ ｓａ ｎ ｗ ｅ ｒ ｉ ｇｆ ｌ ｓ ａ ｃ ｎ ｃ ｎ ｉｅ ａ ｌ ｘ ｓ ｒ ｃ ： ｐ ｎ ｒ ｎ ｅ ，ａ ｈ Ｒ Ｓ ｆｍａ ｎ ｔ ｓ ｌ ｃｒ ｉｓ ａ ｄ ｉ ｏ ｍａｉ ，ｉ ｅ ｍｅ ｇｎ ｅｄ ｏ ｒ ｅ ｒ ｈ ｉ ｏ ｓｄ ｒ ｂ ｅｅ — ｏ ｎ ｃ ｉ ｆ ｅ
ＭＲ ：
ｐ ｕ
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 、
关 键 词 ： 自旋 电子 学 ； 巨磁 电 阻 ；隧 道 结 ； 自旋 阀
中图分类号 ：０ ６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１７ — ８ Ｘ （０ ０ ４—０２ ０ ４９ ６ １ ３ ０ ２ １ ）０ ０ ３— ４
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ａ ｎ ｔ ｒ ｓｓａ ｃ ｆｅ ｔ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｆＭ ｇ ｅ ｏ ｅ ｉｔ ｎ ｅ Ｅｆ ｃ Ｚ ＨＡＮＧ Ｚ ａ ｈ ｏ—ｇ ｎ ａｇ
率约 ５ ％ ，其值较人们所 熟知 的 Ｆ Ｎ 合金各 向异性磁 电电 ０ ｅｊ 阻效应 约大 一 个数 量 级 ，故 冠 以 巨磁 电 阻 （ ｉ ｔ ｇｅ Ｇ ａ ｎ— ｎ Ｍａ
以研究 、控制和 应用半 导体 中数 目不等 的电子 和空穴 （ 即多数 载流子和少数载流子） 的输运特性 为主要 内容的微 电子学在二十世 纪得 到 了飞 跃 的发 展 ，将人 类带人 了高度
１ 磁 电 阻效 应
磁 电阻 （ ｇ ｅ ｒ ｉａ ｃ ，简称 ＭＲ） 效 应是 指物 质 Ｍａｎｔ ｅ ｓ ｎｅ ｏｓｔ 在磁场作用下电阻发生变化的现象 。磁电阻率通常定义为 ：
电子学 、光学 、材料科 学 和纳米 科技 间的密 切交 叉 ，以 巨 磁电阻效应。 ｕ 的发现为标志诞生 了一 门全新的科学—— 自 旋电子学 （ ｐｎ ｏｉｓ 。 与传 统 的半 导体 电子 学 不 同 ， Ｓ ｉｔ ｎｃ ） ｒ 自旋电子学是 以研究 电子 的 自旋极 化输 运特性 以及基 于这 些特性而设计 、开发新 型 电子器 件为主 要内容 的一 门交叉 学科 ，包括电子 的 自旋极 化 、 自旋相关 散射 、 自旋弛 豫 以 及与此相关的性质及其应用等。 上世纪九十年代 中期 以来 ，基 于巨磁 电 阻效 应 的纳米
ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｕ ｕ ｅ ｏ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｆ ｔ ｒ ｆＧＭＲ ｉ ａｓ ｒ ｓ ｅ ｔｄ ｓ ｌｏ ｐ ｏ ｐ ｃｅ ．
Ｋｅ ｒ ｓ：Ｓ ｉｔｏ ｉｓ ｙ ｗｏ ｄ ｐｎｒｎｅ ；Ｇｉ ｔ ｇ ｅｏｅ ｉ ａ ｃ ；Ｔ ｎ ｅ ｕ ｃ ｏ ｓ ｐｎｖ ｌｅ ｎ Ｍａ ｎ ｔｒｓｓ ｎ ｅ ｕ ｎ ｌ ｎ ｔ ｎ ；Ｓ ｉ ａｖ ａ ｔ Ｊ ｉ
３ ６０ ） ３ ００
摘
要 ：以 巨磁 电阻效应的发现为标志的 自旋电子 学是一 门最新发展起来的 涉及磁 学、电子 学以及信 息科 学
的交叉学科 。本 文对几种磁 电阻效应及其应用进行 了综述 ，详 细介绍 了几种常见的磁 电阻效应体 系，并对磁 电 阻
效 应 的发 展 前 景 进 行 了展 望 。
×１０ 或 ０％
× １ ０％ ０
ｐ １ Ｊ － １
ＭＲ ：
其 中， （ ）代表无外 加磁 场时样 品 的电阻率 ， （ 是 ｐＯ ｐ Ｈ）
指外加磁场 Ｈ下样品的电阻率 。
１８ ９６年 ，德 国的 Ｇ ｕｂ ｒ 在 Ｆ／ ｒ多层膜 的层间耦合 ｒｎ ｅｇ ｃＣ
研究中观察到反铁磁层 间耦合 Ｊ ９ ８年 ，法 国巴黎大学 。１８ Ｆ ｒ研究小组首先在 Ｆ ／ ｒ ｅｔ ｅＣ 金属多层膜 中发现 了巨磁 电阻效 应 （ ｉ ｔＭ ｇｅ ｒ ｉａ ｅ ，简 称 Ｇ Ｇａ ａｎｔ ｅ ｓ ｎ ｅ ｎ ｏ ｓｔ ＭＲ） 效应 ，即材料
的电阻率受材 料磁 化状 态 的变 化 而呈 现显 著 改变 的 现象 。
他 们 采 用 分 子 柬 外 延 的 手 段 ，在 Ｇ Ａ 基 片 上 外 延 生 长 了 ａｓ
磁性 薄膜 已经 在传 感 器 和 磁 盘存 储 方 面 取得 了广 泛 的应
Ｆ／ ｒ 晶格 。在 ４２Ｋ温度 ， 场下获得 磁电阻变 化 ｅＣ 超 ． ２Ｔ磁
２ １ ４月 ０ ０年
宜 春 学 院学 报
Ｊｕｎ ｌ ｆＹ ｃ ｕ ｏｌｇ ｏ ｒａ ｉｈ ｎ Ｃ ｌ ｅ ｏ ｅ
Ｖｏ ． ２． Ｎｏ ４ １３ ．
Ａｐｒ ２ ０ ． 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
ｐ ｎ ｉｎ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｍａｔｒ ａ ｄ ｍｅ ｈ ｎｓ ｏ ｅ ｅ ｓ ｉ ｄ ｇ ｅｏｅ ｉ ａ ｅ ｆ ｃ ｒ ｒ ｓ ｎ ｅ ｅ ｅ ａ ｙ Ｍｏ ｅ ｖ ｒ ｈ ａ ｓｏ ．Ｉ ｓ ａ ｅ ，ｔ ｔ ｎ ｃ ａ ｉｍ ｆｓｓｎ ｅ ｅ ｅ ｔａ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｇ ｎ ｒ ｌ ． ｈ ｅ ｆ ｔ ｌ ｒｏ ｅ ，ｔ ｅ
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关 键 词 ： 自旋 电子 学 ； 巨磁 电 阻 ；隧 道 结 ； 自旋 阀
中图分类号 ：０ ６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１７ — ８ Ｘ （０ ０ ４—０２ ０ ４９ ６ １ ３ ０ ２ １ ）０ ０ ３— ４
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ａ ｎ ｔ ｒ ｓｓａ ｃ ｆｅ ｔ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｆＭ ｇ ｅ ｏ ｅ ｉｔ ｎ ｅ Ｅｆ ｃ Ｚ ＨＡＮＧ Ｚ ａ ｈ ｏ—ｇ ｎ ａｇ
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磁 电阻 （ ｇ ｅ ｒ ｉａ ｃ ，简称 ＭＲ） 效 应是 指物 质 Ｍａｎｔ ｅ ｓ ｎｅ ｏｓｔ 在磁场作用下电阻发生变化的现象 。磁电阻率通常定义为 ：
电子学 、光学 、材料科 学 和纳米 科技 间的密 切交 叉 ，以 巨 磁电阻效应。 ｕ 的发现为标志诞生 了一 门全新的科学—— 自 旋电子学 （ ｐｎ ｏｉｓ 。 与传 统 的半 导体 电子 学 不 同 ， Ｓ ｉｔ ｎｃ ） ｒ 自旋电子学是 以研究 电子 的 自旋极 化输 运特性 以及基 于这 些特性而设计 、开发新 型 电子器 件为主 要内容 的一 门交叉 学科 ，包括电子 的 自旋极 化 、 自旋相关 散射 、 自旋弛 豫 以 及与此相关的性质及其应用等。 上世纪九十年代 中期 以来 ，基 于巨磁 电 阻效 应 的纳米
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×１０ 或 ０％
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其 中， （ ）代表无外 加磁 场时样 品 的电阻率 ， （ 是 ｐＯ ｐ Ｈ）
指外加磁场 Ｈ下样品的电阻率 。
１８ ９６年 ，德 国的 Ｇ ｕｂ ｒ 在 Ｆ／ ｒ多层膜 的层间耦合 ｒｎ ｅｇ ｃＣ
研究中观察到反铁磁层 间耦合 Ｊ ９ ８年 ，法 国巴黎大学 。１８ Ｆ ｒ研究小组首先在 Ｆ ／ ｒ ｅｔ ｅＣ 金属多层膜 中发现 了巨磁 电阻效 应 （ ｉ ｔＭ ｇｅ ｒ ｉａ ｅ ，简 称 Ｇ Ｇａ ａｎｔ ｅ ｓ ｎ ｅ ｎ ｏ ｓｔ ＭＲ） 效应 ，即材料
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他 们 采 用 分 子 柬 外 延 的 手 段 ，在 Ｇ Ａ 基 片 上 外 延 生 长 了 ａｓ
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