巨磁阻效应,霍尔效应原理
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Biblioteka Baidu
巨磁阻效应概念 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。巨磁阻效应被成功地运用在硬盘生 产上，具有重要的商业应用价值。
庞磁电阻效应
具有显著磁电阻效应的磁性材料。强磁性材料在受到外加磁场 作用时引起的电阻变化，称为磁电阻效应。不论磁场与电流方 向平行还是垂直，都将产生磁电阻效应。前者（平行）称为纵 磁场效应，后者（垂直）称为横磁场效应。一般强磁性材料的 磁电阻率（磁场引起的电阻变化与未加磁场时电阻之比）在室 温下小于8％，在低温下可增加到10％以上。已实用的磁电阻 材料主要有镍铁系和镍钴系磁性合金。室温下镍铁系坡莫合金 的磁电阻率约1％～3％，若合金中加入铜、铬或锰元素，可使 电阻率增加；镍钴系合金的电阻率较高，可达6％。与利用其 他磁效应相比，利用磁电阻效应制成的换能器和传感器，其装 置简单，对速度和频率不敏感。磁电阻材料已用于制造磁记录 磁头、磁泡检测器和磁膜存储器的读出器等。
霍尔效应 霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物 理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年 在研究金属的导电机构时发现的。当电流垂直于 外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流 方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便 是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。 （如下图）
本质 固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受 到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产 生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流 子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立 起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度 与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流 强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电 过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。
霍尔效应的原理 在导体上外加与电流方向 垂直的磁场，会使得导线中的电子与电洞受到 不同方向的劳伦兹力而往不同方向上聚集，在 聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一 电场将会使后来的电子电洞受到电力作用而平 衡掉磁场造成的劳伦兹力，使得后来的电子电 洞能顺利通过
霍尔效应
不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建 电压称为霍尔电压。
巨磁阻效应
所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无 外磁场作用时存在巨大变化的现象。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。
方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为 a,b,d，磁场垂直ab平面。电流经过ad，电流I = nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体 沿霍尔电压方向的电压方向的电场为VH / a。设磁 场强度为B。 Fe = Fm qVH/ a = qvB VH / a = BI / (nqad） VH = BI / (nqd)
巨磁阻效应概念 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。巨磁阻效应被成功地运用在硬盘生 产上，具有重要的商业应用价值。
庞磁电阻效应
具有显著磁电阻效应的磁性材料。强磁性材料在受到外加磁场 作用时引起的电阻变化，称为磁电阻效应。不论磁场与电流方 向平行还是垂直，都将产生磁电阻效应。前者（平行）称为纵 磁场效应，后者（垂直）称为横磁场效应。一般强磁性材料的 磁电阻率（磁场引起的电阻变化与未加磁场时电阻之比）在室 温下小于8％，在低温下可增加到10％以上。已实用的磁电阻 材料主要有镍铁系和镍钴系磁性合金。室温下镍铁系坡莫合金 的磁电阻率约1％～3％，若合金中加入铜、铬或锰元素，可使 电阻率增加；镍钴系合金的电阻率较高，可达6％。与利用其 他磁效应相比，利用磁电阻效应制成的换能器和传感器，其装 置简单，对速度和频率不敏感。磁电阻材料已用于制造磁记录 磁头、磁泡检测器和磁膜存储器的读出器等。
霍尔效应 霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物 理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年 在研究金属的导电机构时发现的。当电流垂直于 外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流 方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便 是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。 （如下图）
本质 固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受 到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产 生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流 子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立 起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度 与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流 强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电 过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。
霍尔效应的原理 在导体上外加与电流方向 垂直的磁场，会使得导线中的电子与电洞受到 不同方向的劳伦兹力而往不同方向上聚集，在 聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一 电场将会使后来的电子电洞受到电力作用而平 衡掉磁场造成的劳伦兹力，使得后来的电子电 洞能顺利通过
霍尔效应
不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建 电压称为霍尔电压。
巨磁阻效应
所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无 外磁场作用时存在巨大变化的现象。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。
方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为 a,b,d，磁场垂直ab平面。电流经过ad，电流I = nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体 沿霍尔电压方向的电压方向的电场为VH / a。设磁 场强度为B。 Fe = Fm qVH/ a = qvB VH / a = BI / (nqad） VH = BI / (nqd)