巨磁阻抗效应

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巨磁电阻效应及其应用

实验十七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（Rianr magneto resistance,简称GMR）效应的发现者，法国Paris-Sud大学的物理学家阿贝尔·费尔（Albert Fert）和德国尤里希研究中心物理学家彼得·格伦贝格尔（Peter Grunberg）。

他们于1988年独立作出的发现巨磁阻效应。

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。

”凝聚态物理研究原子，分子在构成物质时的微观结构，他们之间的互相作用力，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。

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，如图１７－1所示。

图１７－1 反铁磁有序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。

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

巨磁阻抗效应的测试系统_四探针法

巨磁阻抗效应的测试系统_四探针法[1]样品的阻抗测试采用安捷伦公司生产的具有高测量精度的Agilent 4294A 阻抗分析仪，如图3－2 所示。

此阻抗分析仪具有下列测量功能：●频率扫描能力可以拟定在何处及如何获取测试数据●内置等效电路分析能对被测的多元件电路模型进行计算。

●彩色液晶显示屏可以同时显示多组测量曲线。

●先进的校准和补偿方法降低了测量误差。

●在40Hz～110MHz 宽频率范围内的高精度4 端对阻抗测量。

利用基本精度为0.08%的扫描测量可以精确估算元件特性的极小变化。

●可以对电容器、电感器、谐振器、半导体之类的元件以及对印刷电路板和环形铁芯之类的材料进行测量。

●用42941A 阻抗探头进行在线或接地测量。

●内置LAN 接口。

●测量参数：可以测量阻抗、电阻、相位、电感、电容等电学参数。

图3－2 HP4194A 阻抗分析仪及16047E夹具阻抗测量采用四探针法，直流磁场由直径为30cm 的赫姆霍兹线圈提供，最大磁场为70Oe。

磁场方向平行于样品中的电流方向，所有数据全在室温测量，测量原理如图3－3 所示。

图3－3 四探针法测量阻抗原理示意图四探针测量系统中，外两枚探针与恒流源、可调电阻和电流计串联，内两枚探针与电压计串联。

待测样品放于绝缘板上，并置于外磁场中。

当恒流源给电路提供一恒定交流电流I 时，由于外磁场处于变化之中，而待测样品如存在巨磁阻抗效应，必然电压计读出的数据会随外场呈一特定的变化规律，这就正好反映出阻抗的变化规律，实际上就是我们所要观察的GMI 效应。

在这过程中，由于恒流源I 不变，因此可以认为样品中的传导电流没变，只是由于阻抗的变化导致了电压计读数的变化，因此我们可以用下式来描述四探针测量系统的原理：Z(H) =VI（3－1）式中，Z(H)为阻抗，其值为外加磁场的函数，V 为端子电压，I 为恒流源。

利用（3－1）式，我们很容易得出GMI 效应的阻抗变化率：GMI =()()()V VZ H Z HZ V VI IVZ Z H VI∆---===212121111（3－2）式中：Z(H1)为加外磁场H1时的阻抗值Z(H2)为加外磁场H2 时的阻抗值V1 为加外磁场H1 时的电压计的读数V2 为加外磁场H2 时的电压计的读数在本文研究中，为方便讨论，定义阻抗变化率的值如式（3－3）：GMI(H) =[]Z(H)Z(H O e)ZG M I(H)(H)Z Z(H O e)∆-===⨯=7010070（3－3）采用这公式计算样品的阻抗变化率作为衡量样品GMI 效应的指标。

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。
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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

GMI效应定义

1介2究历史GMI效应巨磁阻抗效应指的磁性材料的交流阻抗随外磁场的变化而显著变化的现象。

按照巨磁阻抗效应的定义，巨磁阻抗效应应该用磁性材料的阻抗Z随外磁场Hex的变化曲线Z-Hex来表征。

但是由于不同的磁性材料的电阻率相差很大，即使是同种磁性材料制备的样品的厚度和测量长度也无法严格控制，所以通过样品的Z-Hex曲线无法比较不同样品的巨磁阻抗效应的强弱。

因此在研究中采用阻抗的相对变化值随外加磁场的变化曲线ΔZ/Z-Hex来表征巨磁阻抗效应。

目前，对巨磁阻抗效应的定标有两种：一种是采用外加磁场为零时的阻抗(Hex = 0)作为参考点，但是因为材料的剩磁状态影响阻抗Z(0)的值，所以这个定义可能不合适；另一种以最大磁场Hmax的阻抗值作为参考点，Hmax的值由实验设备确定，因此Hmax也可能受实验设备的限制。

第二种定义：上式中，Hmax通常是达到饱和阻抗时的外磁场或实验设备所能提供的最大磁场。

早在六十年前，Harrison等人就已经发现在外加轴向磁场的作用下，铁磁性细丝的感抗会发生变化，当时把这种物理现象称为磁感应效应。

1992年，日本名古屋大学K. Mohri等人发现CoFeSiB非晶丝的两端的感应电压随着外加直流磁场的增加而急剧下降，当时他们测量到的电压是非晶丝感抗部分对应的分量，因此实际上这种现象是磁电感效应。

往后的研究表明，铁磁非晶合金的交流电阻也会随外加直流磁场发生明显的变化，为与通常所说的磁阻(MR)效应区分，该效应被称为交流磁阻效应。

1994年巴西的Machado等人在Co70.4Fe4.6Si15B1非晶铁磁薄带中观察到了这种交流磁阻效应。

K. Mohri等人在综合考虑了磁电感效应和交流磁阻效应后，认为两者是同一物理效应的不同方3应用0102面，并把磁性材料通以交变电流时，在外磁场作用下交流阻抗会发生显著变化的现象正式命名为巨磁阻抗(GMI)效应。

电流测量电流测量在生产科研领域是一个重要问题，现在有很多的新技术和新材料都应用到电流测量的装置上。

巨磁阻抗效应的测试电路制作

巨磁阻抗效应的测试电路制作随着科技的发展，磁场传感器在各个领域取得了突破性的发展。

在当今信息社会中，磁场传感器在信息技术和产业中成为不可或缺的一部分。

如霍尔传感器，磁通门传感器等。

而巨磁阻抗效应（Giant Magneto Impedance effect,GMI effect)的发现，使更加微型，灵敏度高，响应速度快，成本低，适用范围广的磁场传感器成为可能，开发出更多的新型传感器。

本文分析了非晶材料的巨磁阻抗效应的原理，介绍了影响非晶材料的巨磁阻抗效应的因素，通过Co基非晶带，设计和制作巨磁阻抗效应的测试电路，其中包括信号发生电路，前置放大电路，整流电路和稳压电路。

通过对电路的分析和调试，制作出电路。

分析电路的稳定度特性，频率响应特性，灵敏度特性。

测量材料的GMI效应，非晶带在外磁场变化的磁阻抗变化率MIR%能达到100%，磁场测量范围为0~160Oe。

测试结果表明电路灵敏度高，性能稳定，而且其结构简单，成本低，具有广泛应用前景。

关键词：巨磁阻抗效应，电路制作，非晶材料，磁场传感器第一章引言随着社会的高速发展和科技的迅速进步，在计算机、通信及办公自动化设备渐渐成为人们生活中不可或缺的一部分的时候，对其中的磁场传感器要求更进一步，老旧，性能低，大型的磁场传感器已经不能满足日益增加的需要，而如今的趋势需要体积小，灵敏度高，低功耗，响应速度快的磁场传感器。

表一各种传感器的参数1988年法国巴黎大学的Fert研究小组Baibich发现，在Fe/Cr相间的三层复合膜电阻中，微弱的磁场的变化会导致电阻大小的急剧变化，称之为巨磁阻抗效应（Giant Magneto Impedance effect,GMI effect)。

虽然提高了霍尔元件和磁阻元件的灵敏度，而且在数据领域中加以应用，但GMR效应也存在很多的问题，实际应用中对材料的限制很大，而且灵敏度不够高，极大的限制了GMR的实用价值。

自1992年，日本名古屋大学的K.MOHRI教授等在Co基软磁非晶丝的实验处理后，发现在几O e磁场中材料的阻抗变化能达到50%以上。

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

巨磁阻抗(GMI)效应在电流传感器领域的研究

总第４７卷
２１００年
第５５期３
电测与仪表
Ｅｌｃｒｃｅｓｒｍｅｔ＆ＩｓｒｅｔｉａＩＭａｕｅｎｎｔｕｍｅｔｉｎａｔｏｎ
ＶＯ＿７ＮＯ５５ｌ．３４
第Ｏ７期
Ｊ１００ｕ．２１
巨磁阻抗（ＭＩ效应在电流传感器领域的研究Ｇ）
ａｌｅ，ｒｃｉｅｎｍｐｉｅｉｅｏａｊｓｈｎｕｏｅ－ｍｐｉｅｏｎｃｏｂｔｎｓｏｈｍｐｉｒｅｔｒａｄＡｌｒｗｔｚｒ－ｄｕｔｅｉｐｔｆｐｒａｌｒｃｎｅｔｔｏｅｄｆｔｅｉｆｉｆｉｆｈ．Ｔｉｆｓｈ
ｍｅｈｄｓｉｅｅｒｈｎｔｏｎｒｓａｃｉｇＧＭＩｅｆｃ．ｅｄｅｉｎｄｔｕｒｅｅｓｒｂｓｄｏｆｅｔＷｓｇｅｈｅｃｒｎｔｓｎｏａｅｎＧＭＩｅｆｅ，ｔｍｏｐｕｓｍａｅｉｌｆｅｔｈｅａｒｈｏｔｒａｓｓｃａＣｏＢｒｕｅｔｄｖｌｐｐｒｌｔｕｃｕｅｒｂ．Ｔｓｎｏｉｃｎｓｓｉｏｏｐｉｓｓｉｌｔｒｅ — ｕｈｓＺｒａｅｓｄｏｅｅｏｓｉａｓｒｔｒｐｏｅｈｅｅｓｒｓｏｉｔｎｇｆｃｌｔｏｃｌａｏ，ｐｒｔ
宁棵，任欢，李玉莲
（阳计量测试院，阳１０７）沈沈１１９
摘要：回顾了巨磁阻抗（ＭＩ效应发展的历史，绍了巨磁阻抗（ＭＩ效应起源、论方法，计制作了一种基Ｇ）介Ｇ）理设

巨磁阻抗效应

巨磁阻抗效应
嘿，朋友们！今天咱来聊聊一个超有意思的东西——巨磁阻抗效应！
你说这巨磁阻抗效应啊，就像是一个隐藏在材料世界里的小魔术。

想象一下，有那么一些特殊的材料，它们平时看起来普普通通的，没啥特别。

可一旦给它们来点磁场的刺激，哇塞，它们就像被施了魔法一样，发生了神奇的变化！
这变化可不得了，就好像原本平静的湖面突然泛起了层层涟漪。

这些材料的阻抗会发生巨大的改变，而且这种改变是非常灵敏的哦！灵敏到啥程度呢？就好比你能轻易察觉到一只小蚂蚁在爬动。

咱生活中很多地方都能用到这个神奇的巨磁阻抗效应呢！比如说在传感器领域，它就像是一个超级敏锐的小侦探，能精准地检测到各种微小的变化。

有了它，我们就能更准确地感知周围的世界啦！就好像我们有了一双更加锐利的眼睛，能看到以前看不到的东西。

再说说在医学上吧，它说不定哪天就能帮我们更早地发现疾病呢！是不是很厉害？这就像有个小精灵在默默地守护着我们的健康。

那这巨磁阻抗效应是怎么来的呢？嘿嘿，这可就复杂啦！就好像一个神秘的宝藏，需要我们一点点去挖掘、去探索。

它和材料的结构、磁场的强度等等都有着密切的关系呢。

而且啊，科学家们一直在努力研究它，想让它发挥更大的作用呢！他们就像一群勇敢的探险家，不断地在这个神秘的领域里前进。

你说，未来这巨磁阻抗效应还会给我们带来多少惊喜呢？会不会有一天，我们的生活因为它而变得完全不一样了呢？我觉得很有可能哦！它就像是一颗埋在地下的种子，只要我们精心浇灌，就一定会开出绚丽的花朵，结出丰硕的果实。

所以啊，可别小看了这巨磁阻抗效应，它说不定会在未来的某一天，给我们带来意想不到的大惊喜呢！让我们一起期待吧！。

磁性材料及巨磁电阻效应简介

磁性材料及巨磁电阻效应简介物理系隋淞印学号 SC11002094引言磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，人们对物质磁性的认识源远流长。

磁性材料的进展大致上分几个历史阶段：当人类进入铁器时代，除表征生产力的进步外，还意味着金属磁性材料的开端，直到l8世纪金属镍、钴相继被提炼成功，这一漫长的历史时期是3d过渡族金属磁性材料生产与原始应用的阶段；20世纪初期(1900-1932)，FeSi、FeNi、FeCoNi磁性合金人工制备成功，并广泛地应用于电力工业、电机工业等行业，成为3d过渡族金属磁性材料的鼎盛时期，从此以后，电与磁开始了不解之缘；20世纪后期，从50年代开始，3d过渡族的磁性氧化物(铁氧体)逐步进入生产旺期，由于铁氧体具有高电阻率，高频损耗低，从而为当时兴起的无线电、雷达等工业的发展提供了所必需的磁性材料，标志着磁性材料进入到铁氧体的历史阶段；1967年，SmCo合金问世，这是磁性材料进入稀土—3d过渡族化合物领域的历史性开端。

1983年，高磁能积的钕铁硼(Nd—FeB)稀土永磁材料研制成功。

现已誉为当代永磁王。

TbFe巨磁致收缩材料与稀土磁光材料的问世更丰富了稀土一3d过渡族化合物磁性材料的内涵。

1972年的非晶磁性材料与1988年的纳米微晶材料的呈现，更添磁性材料新风采。

1988年，磁电阻效应的发现揭开了自旋电子学的序幕。

因此从20世纪后期延续至今，磁性材料进入了前所未有的兴旺发达时期，并融入到信息行业，成为信息时代重要的基础性材料之一。

磁性材料的分类磁性材料应用十分广泛，品种繁多，存在以下多种分类方式。

按物理性质分类：(1)按静磁特性：即根据静态磁滞回线上的参量，如矫顽力、剩磁等来确定磁性材料的类型。

例如：永磁属高矫顽力一类磁性材料；软磁属低矫顽力的一类磁性材料；矩磁属高剩磁、低矫顽力的一类磁性材料；磁记录介质属于中等矫顽力，同时，具有高剩磁的一类磁性材料，而磁头却要求低矫顽力、高饱和磁化强度。

巨磁电阻效应磁感应强度计算公式

巨磁电阻效应磁感应强度计算公式巨磁电阻效应是一种在材料中存在的磁阻变化现象，它与外加磁场的强度有关。

在实际应用中，我们常常需要计算巨磁电阻效应的磁感应强度，以便更好地理解和利用这一现象。

巨磁电阻效应是一种磁阻变化现象，它是指材料在外加磁场的作用下，其电阻值发生变化。

这种变化是由于材料中的磁性颗粒在磁场的作用下发生了取向调整，从而改变了电子在材料中的运动状态。

巨磁电阻效应广泛应用于磁传感器、磁存储器和磁阻随机存取存储器等领域。

巨磁电阻效应的计算公式如下：R = ρ * L / A其中，R表示电阻的变化量，ρ表示材料的电阻率，L表示材料的长度，A表示材料的横截面积。

这个公式是根据电阻的定义和材料的几何特性推导出来的，可以用来计算巨磁电阻效应的磁感应强度。

在实际应用中，我们可以通过测量巨磁电阻效应的电阻变化量来间接计算磁感应强度。

一般来说，当外加磁场的强度增加时，巨磁电阻效应的电阻值会减小；当外加磁场的强度减小时，巨磁电阻效应的电阻值会增大。

因此，我们可以通过测量电阻的变化量来获得磁感应强度的信息。

巨磁电阻效应的计算公式提供了一种快速、准确地计算磁感应强度的方法。

通过测量巨磁电阻效应的电阻变化量，我们可以得到材料中的磁感应强度信息。

这种方法不仅简单方便，而且具有较高的精度和准确性。

除了计算公式外，巨磁电阻效应的磁感应强度还受到其他因素的影响。

例如，材料的温度、形状和磁场的方向等都会对巨磁电阻效应的磁感应强度产生影响。

因此，在实际应用中，我们需要综合考虑这些因素，以获得更准确的磁感应强度信息。

巨磁电阻效应是一种能够通过测量电阻变化量来间接计算磁感应强度的现象。

通过计算公式，我们可以快速、准确地获得材料中的磁感应强度信息。

这种方法不仅简单方便，而且具有较高的精度和准确性。

在实际应用中，我们需要综合考虑其他因素的影响，以获得更准确的磁感应强度数据。

6-巨磁电阻效应及应用

巨磁电阻效应及应用一．实验目的理解多层膜巨磁电阻（Giant Magneto Resistance —GMR ）效应的原理，通过实验了解几种GMR 传感器的结构、特性及应用领域。

二．实验内容1.GMR 模拟传感器的磁电转换特性测量改变螺线管励磁电流，记录传感器的输出模拟电压。

螺线管电流范围-100mA~100mA 。

由公式nI B 0μ=（n 为线圈密度，I 为流经线圈的电流强度，m H /10470-⨯=πμ）计算出磁感应强度B ，以B 为横坐标，电压表读数为纵坐标做出磁电转换特性曲线。

2.GMR 磁阻特性测量改变螺线管励磁电流，记录巨磁阻的输出电流。

螺线管电流范围-100mA~100mA （正负电流的切换需手动改变导线连接）。

根据欧姆定律计算巨磁阻的电阻，以磁感应强度B 为横坐标，磁阻为纵坐标做出磁阻特性曲线。

3.GMR 开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线测量改变螺线管励磁电流，记录传感器的输出开关电压。

螺线管电流在-50mA~50mA 。

以磁感应强度B 为横坐标，电压读数为纵坐标做出开关传感器的磁电转换特性曲线。

4.用GMR 模拟传感器测量电流将待测电流设为0，改变偏置磁场，使得巨磁阻输出电压最大，记录此值。

保持该偏置磁场，改变待测电流，每隔50mA 记录一次巨磁阻的输出电压。

其中，待测电流变换范围-300mA~300mA 。

改变偏置磁场，重复测量3组数据。

以电流读数为横坐标，电压表读数为纵坐标作图，分别作出4条曲线。

5.GMR 梯度传感器的特性及应用逆时针慢慢转动齿轮，当输出电压为0时记录起始角度，以后每转3度记录一次角度与电压表的读数。

转动48度齿轮转过2齿，输出电压变化2个周期。

以齿轮实际转过的度数为横坐标，电压表的度数为纵向坐标作图。

6.磁记录与读出读写模块启用前，同时按下“0/1转换”和“写确认”按键约2秒，将读写组件初始化。

将此卡有刻度区域的一面朝前，沿着箭头标识的方向插入划槽，按需要切换写“0”或写“1”，按住“写确认”按键不放，缓慢移动磁卡，根据磁卡上的刻度区域写入。

巨磁电阻效应

目录
什么是巨磁电阻效应巨磁电阻效应的发现巨磁阻效应的物理解释巨磁电阻效应的应用
3
什么是巨磁阻效应
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的物理效应称为巨磁电阻效应。
巨磁电阻效应的发现
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 MagnetoResistive，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。2007年两位科学家因为该效应在硬盘方面巨大的应用荣获诺贝尔奖。
8
巨磁电阻效应的应用
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。最早的磁头是采用锰铁磁体制成的，该类磁头是通过电磁感应的方式读写数据。然而，随着信息技术发展对存储容量的要求不断提高，这类磁头难以满足实际需求。因为使用这种磁头，磁致电阻的变化仅为1%～2%之间，读取数据要求一定的强度的磁场，且磁道密度不能太大，因此使用传统磁头的硬盘最大容量只能达到每平方英寸20兆位。硬盘体积不断变小，容量却不断变大时，势必要求磁盘上每一个被划分出来的独立区域越来越小，这些区域所记录的磁信号也就越来越弱。

提高巨磁阻抗(GMI)效应的方法讨论

提高巨磁阻抗(GMI)效应的方法讨论℃退火处理，纳米晶产生，一方面纳米晶粒(【F S, 1n尺寸小于c- e id一0 m)交换关联长度，使宏观磁晶各向异性大大减小；另外一方面，晶化产生的c一e i【F S晶粒具有负的磁致伸缩( s )抵消了非晶母体的正磁致伸缩，O, 减小了磁弹性各向异性和磁晶各向异性，软磁性能和G效应得到极大提MI高。

更高温度处理后，纳米晶粒长大，有更高磁晶各向异性的F的化合物具e产生使材料的磁晶各向异性增强，磁性能和G效应反而下降。

(图1软MI如)2.焦尔退火应力退火，场退火等退火处理工艺的方法，磁并讨论一下退火过程中存在的问题及主要的研究内容。

一焦尔退火是通过样品的电流产生的焦耳热完成退火的过程，通过调并整电流密度来控制退火温度。

电流一方面产生焦耳热，另一方面产生环向磁、提高GMl效应的退火处理工艺场，影响材料的环向各向异性。

该法加热时间短，工艺要求简单，无需气体保护，退火效果较好，可重复性高。

焦耳退火时，由于很难检测退火温度，一退火是热处理工艺中常用的一种工艺，主要的退火方法有：普通退火、焦耳退火、退火和磁场退火。

应力不管哪种退火方式，需要通过大量的实都验优化研究才能获得所需性能的工艺参数。

1普通退火 .般采用测试不同电流时的电阻值来确定样品的起始晶化电流。

焦耳电流退火过程中，电流产生的环向磁场会感生环向各向异性。

这使焦耳电流退火更适合对圆截面的非晶丝进行退火，可以提高环向磁导率和普通退火一般是工件保温过程完成后随炉缓慢冷却，当工件冷至50 0摄氏度以下可以出炉空冷。

普通退火即在一定真空度、定温度下保温退火。

一GMI应。

实上，方法确系提高非晶丝GMI应的一种有效方法，效事该效对C 6 .5 e .S1 .5 5 o 82F 45 i2 2B1熔体抽拉丝不同电流密度焦耳退火后的G研究MI分析表明，火电流密度为9 16 m2, MI退70 A/时G效应最强，由于感生各向异性的提高，对应的等效各向异性场则随退火电流密度的增加丽增加。

巨磁阻抗效应

巨磁阻抗效应简介由于巨磁阻抗效应在磁记录头和传感器中的巨大应用前景，非晶丝和带中的巨磁阻抗效应 (Giant Magneto-impedance GMI)的研究在最近几年引起了广泛的关注。

本文将简要介绍最近几年来有关巨磁阻抗效应理论的研究概况，并综述巨磁阻抗材料的研究进展。

GMI 效应与在外磁场作用下软磁导体的交流(AC)阻抗的变化密切相关。

可以在经典电动力学的理论框架下予以解释。

众所周知，当射频电流流过导体时，在导体的横截面上其电流分右并不均匀。

由于趋肤效应，电流主要集中在导体表面。

电流密度从表面到内部的变化，可用趋肤深度表示：ωμρ/2=∂ 式中，ω是射频电流角频率，ρ是导体的电阻率，μ是材料的磁导率。

在非铁磁材料中，与频率和外加直流场无关，而铁磁材料的磁导率不但与频率、AC 磁场幅度有关，而且还与其它参数有关。

如外加直流场的大小与方向、机械应变、温度等。

GMI 效应的起源主要就在于软磁材料的磁导率与外加直流场密切相关。

由于电流流过导体时能产生圆周方向或切向的磁场(对丝称圆周方向，对带称切向)，具有圆周礁导率的材料是实际应用最感兴趣。

非晶或纳米晶台金软磁材料的磁导率可由感生各向异性和一定的磁畴结构得到有效的控制实验结果和理论分析都证证实材料具有切向各向异性有利于获得显著的GMI 效应。

GMI 的理论分析对更好地理解现有实验结果及指导研究具有显著的GMI 效应的新材料有着重要的意义在实际铁磁材料中的趋肤效应比非铁磁材料的趋肤效应更复杂。

基于趋肤效应的理论模型要描述GMI 效应的各种现象是困难的。

目前，提出的几种GMI 效应的理论的主要任务都是寻找有效切向磁导率的近似公式。

以描述在轴向AC 电流的激励下特定磁畴结构的响应。

畴壁位移和磁畴转动均对磁导率有贡献。

准静态模型就考虑了畴壁位移和礁畴转动由于这些模型没有考虑与磁化强度快速运动的动态效应只有在低频情况下应用。

从理论上考虑受涡流阻尼的畸壁运动对GMI 的影响，发现随激励频率的增加，涡流对畴壁运动的阻尼增加，对磁导率的贡献就主要以磁畴转动为主。

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。

实验巨磁阻抗效应

实验巨磁阻抗效应巨磁阻抗效应，简称GMI（Giant magneto‐impedance），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。

这种效应具有快速响应，温度稳定，无磁滞现象等特点，在高灵敏度新型传感器、磁记录头、电磁参数测量等方面具有应用前景，正成为近来凝聚态物理研究领域的一个热点。

本实验对Co基非晶丝的GMI基本特性作初步地了解和研究。

巨磁阻抗实验装置图【实验目的】1．了解和研究铁磁性材料的GMI效应的规律和特点；2．深入理解磁畴、磁化、趋肤效应、阻抗等物理意义；3．学会使用高频信号发生器、模拟信号示波器、电磁铁、高斯计等实验设备。

【实验原理】1．基本物理概念交流阻抗在交流电路中，电压、电流之间存在量值（峰值或有效值）大小的关系，还有相位关系。

某一元件上电压电流二者峰值之比（等于有效值之比）叫做该元件的交流阻抗，用Z表示：趋肤效应在直流电路中，均匀导线截面上的电流密度是均匀的。

但在交流电路里，随着频率的增加，在导线截面上的电流分布愈来愈向导线表面集中。

这种现象叫做趋肤效应（skin effect ）。

趋肤效应使导线的有效截面减少了，从而使它的等效电阻增加。

趋肤效应的强弱可以用趋肤深度表示：⑴ 式中,是射频电流角频率,是导体的电导率，是材料的磁导率。

是指：在导体内距表面处，振幅衰减到表面处振幅的。

磁畴在没有外场的情况下，铁磁质中的电子自旋磁矩可以在小范围内“自发地”排列起来，形成一个个小的“自发磁化区”。

这种自发磁化区被称作磁畴。

通常在未磁化的铁磁质中，各磁畴自发磁化方向不同，不显示出宏观上的磁性。

当外磁场不断加大时，磁畴发生畴壁移动和磁畴转动，磁化方向渐渐以不同程度趋向磁化场的方向，介质就显示出宏观的磁性。

2．GMI 效应的物理机理对于铁磁材料，磁导率不但与频率ω、磁场强度有关，而且还与其它参数有关，如机械形变、温度等。

多层膜的巨磁阻抗(GMI)效应

ＤＯＮＧＣｈｅｎｇ— ｕａｙｎ，ＣＨＥＮｈｉｐｕＳ — ＭａｔｒａｌｃｉｎｃｄｅｉｓＳｅｅａｎＥｎｇｉｅｒｎｇＣｏｌｅｅＳｈａｈａｉｏｔｎｇＵｎｉｅｓｔ，ａｎｇｎｅｉｌｇ，ｎｇｉＪａｏｖｒｉＳｈｙｈａｉ００２０３０，Ｃｈｉａｎ
０．８
０．６
０．４
０．２
ｌ
ｏｏＢ／ＣＣＳｉｕ／ＣＳｉｏＢ
．．．．．．．．．．
Ｉ
６．４
２材料选择对多层膜Ｇ效应的影响ＭＩ
多层膜一般为三明治结构，即由两层铁磁薄膜夹一层导电薄膜构成。选择不同的铁磁层材料
成电路工艺相兼容的优点而获得了比较广泛的研
一
和导电层材料会对多层膜ＧＭＩ应的灵敏度产生效定的影响。图ｌ为不同的铁磁层材料对多层膜ＧＭＩ应效
影响的关系曲线【。从图１中可以看出，在同样４】
存在的巨大优越性，对其巨磁阻抗效应的研究引起了广泛的重视【。下面着重探讨材料、膜尺寸及５１、绝缘层隔离对多层膜Ｇ效应的影响。ＭＩ
的测试条件下，以ＣＳ非晶作铁磁层的多层膜ｏｉＢ
的Ｇ效应要好于以ＦＣｏｉ非晶作铁磁层的多ＭＩｅＳＢ
中图分类号：０４４４３８．

巨磁阻效应

巨磁阻效应
量子阻抗效应，又称巨磁阻效应，是一种性质不同的电子态，该态受
到特殊条件下的量子力学效应的影响而形成，主要是量子化磁场与电场交
互作用的结果，即量子相互作用与量子层析。

巨磁阻效应由可调节量子图
状态形成，即一种电子行为模型，可以通过电场和磁场通过电子来改变，
从而该效应的研究也可以有效的提高电子的特异性，以及量子材料的性质。

巨磁阻效应的发现，将会以全新的方式改变整个电子器件的结构，从而实
现电子器件更高的性能，带来新的应用前景。