巨磁阻效应.pptx
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巨磁电阻效应ppt课件
巨磁电阻效应的制造工艺问题及解决方案
制造工艺问题
巨磁电阻效应的制造工艺涉及到多个复杂 的步骤，包括薄膜制备、光刻、干法刻蚀 等。这些步骤中的任何错误都可能导致巨 磁电阻器件的性能下降或失效。
VS
解决方案
为了解决制造工艺问题，可以采取一系列 措施，例如通过引入自动化生产线和严格 的质量控制体系来提高生产效率和质量。 此外，可以通过研发新的制造工艺来降低 成本和提高巨磁电阻器件的性能。
巨磁电阻效应的能效问题及解决方案
能效问题
巨磁电阻效应的能效问题也是影响其应用 的重要因素之一。在许多情况下，使用巨 磁电阻器件可能会导致较高的功耗和较低 的能效。
解决方案
为了提高巨磁电阻效应的能效，可以采取 多种措施，例如通过优化巨磁电阻器件的 结构和材料来降低功耗和提高能效。此外 ，可以通过采用新的电路设计和控制策略 来进一步降低功耗和提高能效。
05
巨磁电阻效应的未来展 望
提高巨磁电阻效应的性能
发展新的制备技术
改进制备工艺，提高巨磁电阻 材料的纯度和结晶度，从而提
高其性能。
探索新的物理机制
深入研究巨磁电阻效应的物理机 制，为开发新型材料和优化性能 提供理论支持。
优化结构设计
通过调整巨磁电阻材料的结构，如 纳米结构、多层膜结构等，实现性 能的优化。
03
电子的波粒二象性
在磁场中运动的电子具有 粒子性和波动性两种特性 。
电子散射
在晶体中，电子会受到原 子或离子的散射。
磁矩和自旋
电子在磁场中运动时会受 到磁矩的影响，导致电子 自旋的取向发生变化。
巨磁电阻效应的数学描述
洛伦兹力公式
描述电子在磁场中受到的力。
霍尔效应
实验15巨磁阻材料的磁阻效应
实验15 巨磁阻材料的磁阻效应引 言磁敏电阻效应是指某些材料的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。
如图1所示，当半导体处于磁场中时，半导体中的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端积聚电荷并产生霍耳电场。
如果霍耳电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向()运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应(沿方向)。
,A B DCDC图1如果将图1中端和A B 端短路，霍尔电场将不存在，所有电子将向B 端偏转，使DC 方向的电阻变得更大，因而磁阻效应加强。
所以，霍耳效应比较明显的样品，磁阻效应就小；反之，霍耳效应比较小的样品，磁阻效应就大。
磁场引起的电阻率变化：()(0)H ρρρ=-∆，()H ρ和(0)ρ分中别表示在磁场H 和无磁场时电阻率。
磁电阻的大小常表示为：100%(0)MR ρρ∆=⨯, MR 是Magnetoresistivity 的缩写 实际测量中，常用磁阻器件的磁电阻相对改变量(0)RR ∆来研究磁阻效应 由于(0)(0)R R ρρ∆∆∝ —— ()(0)(0)(0)R R B R R R ∆-=其中()R B 为磁场为B时样品的磁电阻，(0)R 为零磁场时样品的磁电阻。
理论和实验都证明,对于一般正常磁电阻器件,磁阻相对改变量(0)RR ∆在磁场较弱时与所加磁场B 的平方成正比，而在强磁场时与B成正比。
绝大多数非磁性导体的MR 很小，约为10‐5%。
磁性导体的MR 最大约为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，称为各向异性磁电阻(Anisotropy Magnetoresistance, 记为AMR)。
1988年，法国巴黎大学Albert Fert 教授研究组，从英国物理学家N.F.Mott 提出的磁性金属电现象的模型出发，设计了一种多层薄膜结构，并在分子束外延制备的Fe/Cr多层膜中发现MR可达50%。
巨磁阻抗效应PPT
巨磁阻抗效应
目录
• 引言 • 巨磁阻抗效应的理论基础 • 巨磁阻抗效应的实验研究 • 巨磁阻抗效应的应用前景 • 总结与展望
01
引言
巨磁阻抗效应定义
磁场作用下的电阻变化
巨磁阻抗效应是指在磁场作用下，材料的电阻发生显著变化 的现象。
依赖于磁场强度和方向
巨磁阻抗效应的大小和方向与磁场的强度和方向密切相关， 这使得该效应具有很高的磁场灵敏度。
其他领域
巨磁阻抗效应还可应用于磁性随机存取存储器(MRAM)、 磁性逻辑电路等新兴领域，推动自旋电子学的发展。
THANK S感谢观看
结果分析
根据实验结果，可以分析得到巨磁阻抗效应的一些特性，如阻抗随磁场强度的变化规律、阻抗随频率的变化规律 等。这些特性可以为巨磁阻抗效应的应用提供理论依据和技术支持。同时，实验结果还可以与理论模型进行比对 ，验证理论的正确性，并推动理论的进一步完善。
04
巨磁阻抗效应的应用前景
巨磁阻抗效应在电子工程领域的应用
应的产生机理和影响因素，有助于进一步探索其在电子器件和磁传感器等领域的应用前景。
03
巨磁阻抗效应的实验研究
实验设计与装置
实验设计
本实验旨在研究巨磁阻抗效应的特性，采用控制变量的方法，通过改变磁场强度、频率等参数，观察 阻抗的变化规律。
实验装置
实验采用电磁铁产生磁场，样品置于磁场中。通过信号发生器产生交变电流，经过放大器放大后，输 入到样品中。样品的阻抗变化通过阻抗分析仪进行测量，最终由计算机进行数据采集与处理。
影响因素
巨磁阻抗效应受到材料组成、微观 结构、磁场强度和频率等多种因素 的影响，深入理解这些因素对效应 的影响机制是关键。
未来研究方向与挑战
材料设计
目录
• 引言 • 巨磁阻抗效应的理论基础 • 巨磁阻抗效应的实验研究 • 巨磁阻抗效应的应用前景 • 总结与展望
01
引言
巨磁阻抗效应定义
磁场作用下的电阻变化
巨磁阻抗效应是指在磁场作用下，材料的电阻发生显著变化 的现象。
依赖于磁场强度和方向
巨磁阻抗效应的大小和方向与磁场的强度和方向密切相关， 这使得该效应具有很高的磁场灵敏度。
其他领域
巨磁阻抗效应还可应用于磁性随机存取存储器(MRAM)、 磁性逻辑电路等新兴领域，推动自旋电子学的发展。
THANK S感谢观看
结果分析
根据实验结果，可以分析得到巨磁阻抗效应的一些特性，如阻抗随磁场强度的变化规律、阻抗随频率的变化规律 等。这些特性可以为巨磁阻抗效应的应用提供理论依据和技术支持。同时，实验结果还可以与理论模型进行比对 ，验证理论的正确性，并推动理论的进一步完善。
04
巨磁阻抗效应的应用前景
巨磁阻抗效应在电子工程领域的应用
应的产生机理和影响因素，有助于进一步探索其在电子器件和磁传感器等领域的应用前景。
03
巨磁阻抗效应的实验研究
实验设计与装置
实验设计
本实验旨在研究巨磁阻抗效应的特性，采用控制变量的方法，通过改变磁场强度、频率等参数，观察 阻抗的变化规律。
实验装置
实验采用电磁铁产生磁场，样品置于磁场中。通过信号发生器产生交变电流，经过放大器放大后，输 入到样品中。样品的阻抗变化通过阻抗分析仪进行测量，最终由计算机进行数据采集与处理。
影响因素
巨磁阻抗效应受到材料组成、微观 结构、磁场强度和频率等多种因素 的影响，深入理解这些因素对效应 的影响机制是关键。
未来研究方向与挑战
材料设计
关于巨磁阻效应的研究综述PPT
• 众所周知，计算机硬盘是通过磁介质来存储信息的。一块 密封的计算机硬盘内部包含若干个磁盘片，磁盘片的每一 面都被以转轴为轴心、以一定的磁密度为间隔划分成多个 磁道，每个磁道又被划分为若干个扇区。 • 磁盘片上的磁涂层是由数量众多的、体积极为细小的磁颗 粒组成，若干个磁颗粒组成一个记录单元来记录1比特 （bit）信息，即0或1。磁盘片的每个磁盘面都相应有一个 磁头。当磁头“扫描”过磁盘面的各个区域时，各个区域 中记录的不同磁信号就被转换成电信号，电信号的变化进 而被表达为“0”和“1”，成为所有信息的原始译码。
二、发现过程
早在1988年，费尔和格林贝格尔就各自独立发现了这 一特殊现象：非常弱小的磁性变化就能导致磁性材料发生 非常显著的电阻变化。那时，法国的费尔在铁、铬相间的 多层膜电阻中发现，微弱的磁场变化可以导致电阻大小的 急剧变化，其变化的幅度比通常高十几倍，他把这种效应 命名为巨磁阻效应（Giant Magneto-Resistive，GMR）。 有趣的是，就在此前3个月，德国优利希研究中心格林贝 格尔教授领导的研究小组在具有层间反平行磁化的铁/铬/ 铁三层膜结构中也发现了完全同样的现象。
巨磁阻效应示意图
FM（蓝色）表示磁性材料，NM（橘色）表示非磁性材料， 磁性材料中的箭头表示磁化方向；Spin的箭头表示通过电 子的自旋方向；R（绿色）表示电阻值，绿色较小表示电 阻值小，绿色较大表示电阻值大。
四、效应应用
来自剑桥大学的一位物理学家Tony Bland介绍说：“这些材料一开始看起来 非常玄妙，但是最后发现它们有非常巨大 的应用价值。它们为生产商业化的大容量 信息存储器铺平了道路。同时它们也为进 一步探索新物理——比如隧穿磁阻效应、 自旋电子学以及新的传感器技术——奠定 了基础。但是大家应该注意到的是：巨磁 阻效应已经是一种非常成熟的旧技术了， 目前人们感兴趣的问题是如何将隧穿磁阻 效应开发为未来的新技术宠儿。”
二、发现过程
早在1988年，费尔和格林贝格尔就各自独立发现了这 一特殊现象：非常弱小的磁性变化就能导致磁性材料发生 非常显著的电阻变化。那时，法国的费尔在铁、铬相间的 多层膜电阻中发现，微弱的磁场变化可以导致电阻大小的 急剧变化，其变化的幅度比通常高十几倍，他把这种效应 命名为巨磁阻效应（Giant Magneto-Resistive，GMR）。 有趣的是，就在此前3个月，德国优利希研究中心格林贝 格尔教授领导的研究小组在具有层间反平行磁化的铁/铬/ 铁三层膜结构中也发现了完全同样的现象。
巨磁阻效应示意图
FM（蓝色）表示磁性材料，NM（橘色）表示非磁性材料， 磁性材料中的箭头表示磁化方向；Spin的箭头表示通过电 子的自旋方向；R（绿色）表示电阻值，绿色较小表示电 阻值小，绿色较大表示电阻值大。
四、效应应用
来自剑桥大学的一位物理学家Tony Bland介绍说：“这些材料一开始看起来 非常玄妙，但是最后发现它们有非常巨大 的应用价值。它们为生产商业化的大容量 信息存储器铺平了道路。同时它们也为进 一步探索新物理——比如隧穿磁阻效应、 自旋电子学以及新的传感器技术——奠定 了基础。但是大家应该注意到的是：巨磁 阻效应已经是一种非常成熟的旧技术了， 目前人们感兴趣的问题是如何将隧穿磁阻 效应开发为未来的新技术宠儿。”
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。
巨磁阻抗效应
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14
非晶态固体的物理性质同晶体有很大差别， 这同它们的原子结构、电子态以及各种微观过程 有密切联系。
非晶合金由于其独特的无序结构，并兼有一 般金属和玻璃的特性，使得它在物理、化学及机 械性能上表现出一系列优异的特性——很高的耐 腐蚀性、抗磨性、较好的强度和韧性、理想的磁 学性能，如Fe基非晶合金是非晶软磁合金中饱和 磁感最高的；Co基非晶合金的饱和磁致伸缩系数 接近于0，因而具有极高的初始磁导率和最大磁 导率，很低的矫顽力和高频损耗。
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17
电路中无需放大电路，因 而具有高稳定和抗干扰特 性，制成几种汽车用的传 感器，如汽车里程表计数 传感器(a)。电喷发动机测 速传感器(b)；当材料处于 某种磁结构时，可以发现 外磁场与磁阻抗效应呈现 良好的线性关系。利用此 原理，设计了量程从025mm的线性传感器(c)
主要可用于汽车油量的控制；利用巨磁阻抗探头与齿轮凹 凸面距离变化所产生的脉冲信号进行转速测量和控制，可 用为汽车防抱死系统(ABS)的速度传感器(d)。
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2
GMI的发现
1992年，日本名古屋大学的K．Mohri（毛 利佳年雄）等在CoFeSiB软磁非晶丝中发现了 GMI效应，即非晶丝在交变电流激发下，其阻 抗值随沿丝轴方向施加的外磁场的变化而发生 显著变化，阻抗变化率ΔZ／Z0在几奥斯特(Oe) 磁场作用下可达50％，比金属多层膜Fe／Cu或 Co／Ag在低温、高磁场强度下观察到的巨磁电 阻效应(GMR)高一个数量级，自此这一现象引 起了广泛关注。
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3
ΔZ／Z0一般定义为(ZH-Z0)／Z0，其中Z0、 ZH分别表示无外磁场和外加磁场下软磁材料的 交流阻抗，其比值的大小表示材料对磁场变效应的特点
巨磁阻效应-华工物理实验中心
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录音机的工作原理
录音机工作原理：电磁感应
磁头：一块蹄型电磁铁
具体过程：在工作时，话筒纸盘的声音经过震动转换为感应电流，再经过放 大电路传输到磁头，使磁头磁化，使其成为一块电磁铁。磁头紧贴着磁带， 在磁头的电磁作用下，磁带上的磁粉被不同程度地磁化了，并且是有顺序排 列的。
消磁：磁带在录音前必须先经过抹音（俗称洗带、消磁），以免磁带在播放 时有上一次的声音信号，造成杂音。抹音头实际是一块天然磁铁(也有用超 音频电流抹音的)，原理是：在录音前首先使磁带上的磁粉排列顺序一致， 就这样，磁带上原有的信息就被洗去了。
➢ 巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。 这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。
➢ 当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小， 材料有最小的电阻。
➢ 当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料 的电阻最大。
无外磁场时顶层磁场方向 顶层铁磁膜 中间导电层 底层铁磁膜
华南理工大学物理实验中心1988年法国科学家阿尔贝费尔和德国科学家彼得格林贝格尔各自独立发现巨磁电阻效应1994年imb公司研制成功了巨磁阻效应的读出磁头将磁盘记录密度提高了17倍1995年imb公司宣布制成了每平方英寸3gb硬盘面密度所用的读出头创下世界纪录2007年阿尔贝费尔和彼得格林贝格尔共同获该年度的诺贝尔物理学奖阿尔贝费尔彼得格林贝格诺贝尔奖委员会说明
2007年，阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔共同获得该年 度的诺贝尔物理学奖
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 几百兆，几千兆，一跃而提高几百倍， 达到几百G乃至上千G。”
阿尔贝·费尔 彼得·格林贝格
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巨磁阻抗效应
2
GMI的发现
1992年，日本名古屋大学的K．Mohri（毛 利佳年雄）等在CoFeSiB软磁非晶丝中发现了 GMI效应，即非晶丝在交变电流激发下，其阻 抗值随沿丝轴方向施加的外磁场的变化而发生 显著变化，阻抗变化率ΔZ／Z0在几奥斯特(Oe) 磁场作用下可达50％，比金属多层膜Fe／Cu或 Co／Ag在低温、高磁场强度下观察到的巨磁电 阻效应(GMR)高一个数量级，自此这一现象引 起了广泛关注。
巨磁阻抗效应
Giant magneto-impedance
巨磁阻抗效应
1
巨磁阻抗效应，简称GMI(Giant magnetoimpedance)，是指某些材料在通以一定频率的 交变电流时，其交流阻抗随外加轴向磁场迅速变 化的现象，常见的这种材料为Co基非晶丝等。它 来源于磁感应(Magneto-inductive)，最早可追 溯到20世纪30年代，但由于当时材料和应用领域 的限制，GMI的应用前景并不明朗，在当时和以 后的几十年里未引起人们注意。
12
形成非晶态合金的过程是：液态金属一过冷液态 金属一非晶态合金
巨磁阻抗效应
13
非晶态合金是由熔融的液态金属经快速冷却 而形成，晶态合金是由熔融的液态金属以较慢的 速度冷却，形成核并长大而得到。因此，非晶态 材料与晶态材料相比有两个最基本的特点：
1、原子排列不具有周期性 2、宏观上处于非热平衡的亚稳态。
生。
巨磁阻抗效应
8
非晶态合金(金属玻璃）
一种没有原子三维周期性排列的金属或合金 固体。它在超过几个原子间距范围以外，不具有 长程有序的晶体点阵排列。原子在三维空间呈拓 扑无序状排列，不存在长程周期性，但在几个原 子间距的范围内，原子的排列仍然有着一定的规 律，因此可以认为非晶态合金的原子结构为“长 程无序，短程有序”。通常定义非晶态合金的短 程有序区小于1．5nm，即不超过4-5个原子间 距。
Ch2,巨磁电阻(GMR)效应本节内容
交换作用1氢分子三重态或单态交换作用符号电子云波函数的重叠情况电子波函数性质2rkky作用铁磁或反铁磁态交换作用的振荡电子自旋之间通过s电子间接交换作用电子平面波波函数振荡周期决定于s电子fermi波长铁磁金属量子阱fmnmfm中铁磁层间的振荡耦合铁磁fm层之间的耦合能量随非磁层厚度增加而振荡振荡周期波矢为与自由电子气比较各种3d4d金属的结果相近
Ch 2， 巨磁电阻（GMR）效应
本节内容 1，振荡的层间耦合（1986） 2，金属量子阱中的自旋极化 3，GMR效应（1988） 重点：Mott的两流体模型
1，层间耦合
问题的提出？ 相邻FM层间的耦合作用与中间NM分隔 层的厚度有关？ 多层膜中的电子的本征状态？
Grunberg (1986） 布里渊散射
两流体模型（2）
散射过程中没有自旋反转 S↑电子未被d ↑（ majority ）电子散射，对电导贡献大 （d ↑在Fermi面没有状态) S↓ 电子 被d ↓(minority )电子散射，对电导贡献小 ( d ↓有效质量太大)
结果：
1
铁磁FM层之间的耦合能量，随非磁层厚度增加而振荡 振荡周期（波矢）为 （与自由电子气比较） 各种3d、4d金属的结果相近？ 11—12A
反铁磁金属量子阱
60
AFM/NM /AFM 蔡健旺等
NiFe/ FeMn/ Cu / FeMn
Exchange bias (Oe)
28A 26A
困难： 反铁磁体的 “磁化特性” 方法： 交换偏置表征 振荡周期： 加倍（21A)
Fe/Cr/Fe
FM层间的振荡耦合――普适现象
Parkin 的贡献
（1990） Co/Ru， 振荡周期 约12埃
Ch 2， 巨磁电阻（GMR）效应
本节内容 1，振荡的层间耦合（1986） 2，金属量子阱中的自旋极化 3，GMR效应（1988） 重点：Mott的两流体模型
1，层间耦合
问题的提出？ 相邻FM层间的耦合作用与中间NM分隔 层的厚度有关？ 多层膜中的电子的本征状态？
Grunberg (1986） 布里渊散射
两流体模型（2）
散射过程中没有自旋反转 S↑电子未被d ↑（ majority ）电子散射，对电导贡献大 （d ↑在Fermi面没有状态) S↓ 电子 被d ↓(minority )电子散射，对电导贡献小 ( d ↓有效质量太大)
结果：
1
铁磁FM层之间的耦合能量，随非磁层厚度增加而振荡 振荡周期（波矢）为 （与自由电子气比较） 各种3d、4d金属的结果相近？ 11—12A
反铁磁金属量子阱
60
AFM/NM /AFM 蔡健旺等
NiFe/ FeMn/ Cu / FeMn
Exchange bias (Oe)
28A 26A
困难： 反铁磁体的 “磁化特性” 方法： 交换偏置表征 振荡周期： 加倍（21A)
Fe/Cr/Fe
FM层间的振荡耦合――普适现象
Parkin 的贡献
（1990） Co/Ru， 振荡周期 约12埃
巨磁阻效应
巨磁电阻传感器
地球表面磁场约为5×10
-5
特斯拉
GMR读出磁头 GMR读出磁头
一、电磁感应式磁头 二、磁致电阻磁头 三、巨大磁致电阻磁头
GMR在随机存储（MRAM）中的应用 GMR在随机存储（MRAM）中的应用
磁随机存储器
磁滞效应 非易丢失信息 速度快而廉价
半导体随机存储器
储存电荷 不能断电 相对较贵
逻辑元件
利用GMR材料可研制出磁性二极管、三极 利用GMR材料可研制出磁性二极管、三极 管和各种逻辑元件。目前正在把磁性GMR 管和各种逻辑元件。目前正在把磁性GMR 多层膜和半导体材料集成在一起，主要是 利用电子的自旋注入（SPIN—INJECTION） 利用电子的自旋注入（SPIN—INJECTION） 来开发新的磁性器件。全金属的计算机将 成为可能。
巨磁阻效应
2007年10月，科学界的最高盛典— 2007年10月，科学界的最高盛典—瑞典皇家科 学院颁发的诺贝尔奖揭晓了。本年度，法国科 学家阿尔贝·费尔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ德国科学家彼得· 学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格 尔因分别独立发现巨磁阻效应而共同获得2007 因分别独立发现巨磁阻效应而共同获得2007 年诺贝尔物理学奖。
Fert （1988） 1988） Fe/Cr 超晶格！ 超晶格！ Grunberg （1986） 1986） 相邻磁矩反铁磁排列 MBE优质材料 MBE优质材料 反平行---高电阻态 反平行---高电阻态 平行---低电阻态 平行---低电阻态
巨磁阻效应的应用
1，巨磁电阻（GMR）传感器的应用 ，巨磁电阻（GMR）传感器的应用 2．GMR读出磁头在计算机信息存储中的应用 GMR读出磁头在计算机信息存储中的应用 3．GMR在随机存储（MRAM）中的应用 GMR在随机存储（MRAM）中的应用 4．GMR在各种逻辑元件和全金属计算机中的 GMR在各种逻辑元件和全金属计算机中的 应用
巨磁阻材料掺杂效应共27页
巨磁阻材料掺杂效应
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
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❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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二、巨磁阻效应的现象
通常情况下，物质的电阻率 在磁场中仅产生轻微的减小； 在某种条件下，电阻率减小 的幅度相当大，比通常磁性 金属与合金材料的磁电阻值 约高10余倍，称为“巨磁阻 效应”（GMR）；而在很强 的磁场中某些绝缘体会突然 变为导体，称为“超巨磁阻 效应”（CMR）。
不同过渡层上Co/Cu/Co三明治结构的 巨磁电阻效应研究
四、巨磁阻效应的应用
巨磁阻效应被成功地运用在 硬盘生产上。1994年，IBM 公司研制成功了巨磁电阻效 应的读出磁头，将磁盘记录 密度提高了17倍，从而使得 磁盘在与光盘的竞争中重新 回到领先地位。目前，巨磁 阻技术已经成为几乎所有计 算机、数码相机和MP3播放 器等的标准技术。
四、巨磁阻效应的应用
在1997年时，另一项划时代的技术诞生了， 那就是GMR巨磁阻
三、巨磁阻效应的原理
巨磁阻效应示意图。FM（蓝色） 表示磁性材料，NM（橘色）表示 非磁性材料，磁性材料中的箭头 表示磁化方向；Spin的箭头表示 通过电子的自旋方向；R（绿色） 表示电阻值，绿色较小表示电阻 值小，绿色较大表示电阻值大。
三、巨磁阻效应的原理
结论： 当铁磁层的磁矩相互平行时，载 流子与自旋有关的散射最小，材 料有最小的电阻。当铁磁层的磁 矩为反平行时，与自旋有关的散 射最强，材料的电阻最大。
四、巨磁阻应的应用
巨磁阻效应自从被发现以来 就被用于开发研制用于硬磁 盘的体积小而灵敏的数据读 出头（Read Head）。这使得 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。
但是大家应该注意到的是：巨磁 阻效应已经是一种非常成熟的旧 技术了，目前人们感兴趣的问题 是如何将隧穿磁阻效应开发为未 来的新技术宠儿。”
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三、巨磁阻效应的原理
左面的结构中，两层磁性材料的 磁化方向相同。 当一束自旋方向与磁性材料磁化 方向都相同的电子通过时，电子 较容易通过两层磁性材料，都呈 现小电阻。 当一束自旋方向与磁性材料磁化 方向都相反的电子通过时，电子 较难通过两层磁性材料，都呈现 大电阻。这是因为电子的自旋方 向与材料的磁化方向相反，产生 散射，通过的电子数减少，从而 使得电流减小。
中国农业大学 机制093 胡奎
一、巨磁效应的发现
巨磁阻效应在1988年由德国 尤利西研究中心的彼得·格林 贝格尔和巴黎第十一大学的 艾尔伯·费尔分别独立发现的， 他们因此共同获得2007年诺 贝尔物理学奖。
一、巨磁效应的发现
格林贝格尔的研究小组在最 初的工作中只是研究了由铁、 铬、铁三层材料组成的结构 物质，实验结果显示电阻下 降了1.5%。而费尔的研究小 组则研究了由铁和铬组成的 多层材料，使得电阻下降了 50%。
二、巨磁阻效应的现象
不连续[NiFe/Ag]_n多层薄膜 低场巨磁阻研究
Py/Al-O/Py 系巨磁阻薄膜材料
三、巨磁阻效应的原理
巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance）是一种量子力 学和凝聚态物理学现象，磁阻效应 的一种，可以在磁性材料和非磁性 材料相间的薄膜层（几个纳米厚） 结构中观察到。这种结构物质的电 阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方 向有关，两层磁性材料磁化方向相 反情况下的电阻值，明显大于磁化 方向相同时的电阻值，电阻在很弱 的外加磁场下具有很大的变化量。
三、巨磁阻效应的原理
右面的结构中，两层磁性材料的 磁化方向相反。 当一束自旋方向与第一层磁性材 料磁化方向相同的电子通过时， 电子较容易通过，呈现小电阻； 但较难通过第二层磁化方向与电 子自旋方向相反的磁性材料，呈 现大电阻。 当一束自旋方向与第一层磁性材 料磁化方向相反的电子通过时， 电子较难通过，呈现大电阻；但 较容易通过第二层磁化方向与电 子自旋方向相同的磁性材料，呈 现小电阻。
材料的电阻随磁场的增加而增大的 现象称为磁阻效应
一、巨磁效应的发现
格林贝格尔和尤利西研究中心 享有巨磁阻技术的一项专利， 他最初提交论文的时间要比费 尔略早一些（格林贝格尔于 1988年5月31日，费尔于1988年 8月24日），而费尔的文章发表 得更早（格林贝格尔于1989年3 月，费尔于1988年11月）。费 尔准确地描述了巨磁阻现象背 后的物理原理，而格林贝格尔 则迅速看到了巨磁阻效应在技 术应用上的重要性
利用巨磁电阻物质在不同的 磁化状态下具有不同电阻值 的特点，还可以制成磁性随 机存储器（MRAM），其优 点是在不通电的情况下可以 继续保留存储的数据。
四、巨磁阻效应的应用
巨磁阻效应还应用于微弱磁 场探测器
观点
来自剑桥大学的一位物理学家Tony Bland介绍说：“这些材料一开始 看起来非常玄妙，但是最后发现它 们有非常巨大的应用价值。它们为 生产商业化的大容量信息存储器铺 平了道路。同时它们也为进一步探 索新物理——比如隧穿磁阻效应 （TMR: Tunneling Magnetoresistance）、自旋电子学 （Spintronics）以及新的传感器技 术——奠定了基础。