巨磁电阻效应
巨磁电阻效应
目前，采用SPIN-VALVE材料研制的新一代硬盘读出磁头，已经把存储密 度提高到560亿位/平方英寸，该类型磁头已占领磁头市场的90%～95%。 随着低电阻高信号的TMR的获得，存储密度达到了1000亿位/平方英寸。
2007年9月13日，全球最大的硬盘厂 商希捷科技（Seagate Technology） 在北京宣布，其旗下被全球最多数字 视频录像机（DVR）及家庭媒体中心 采用的第四代DB35系列硬盘，现已达 到1TB（1000GB）容量，足以收录多 达200小时的高清电视内容。正是依靠 巨磁阻材料，才使得存储密度在最近 几年内每年的增长速度达到3～4倍。 由于磁头是由多层不同材料薄膜构成 的结构，因而只要在巨磁阻效应依然 起作用的尺度范围内，未来将能够进 一步缩小硬盘体积，提高硬盘容量。
光信息91 09095005 陈松
法国科学家阿尔贝· 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年诺贝尔物理学奖。 这项技术用于读取硬盘数 据，得益于这项技术，硬 盘在近年来迅速变得越来 越小。
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。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。
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
巨磁阻效应 诺贝尔奖
巨磁阻效应诺贝尔奖巨磁阻效应是指当一些材料受到外部磁场的作用时，其电阻会发生明显的变化。
这种现象最早被发现于1988年，迅速引起了科学界的广泛关注。
由于其重要性和广泛的应用前景，巨磁阻效应在2007年荣获诺贝尔物理学奖。
一、巨磁阻效应的原理巨磁阻效应的基本原理可归结为磁导率变化引起的电阻率变化。
在普通的金属导体中，电子输运主要受到热散射的影响，而在巨磁阻效应材料中，磁散射起主导作用，因此材料的电阻会随着磁场的变化而改变。
二、巨磁阻效应的应用巨磁阻效应的发现为磁存储技术提供了重要的突破口。
传统的硬盘驱动器使用的是磁电传感器，其灵敏度和分辨率有限。
而巨磁阻效应材料制成的传感器则具有更高的精确度和灵敏度，可以使磁存储设备更加可靠和高效。
此外，巨磁阻效应还广泛应用于医学成像、磁性传感器、磁流体阀和数据传输等领域。
通过利用巨磁阻效应，可以制造出更小、更快、更强大的设备，为科技和工程领域带来了巨大的进步。
三、巨磁阻效应的材料目前，已发现的巨磁阻效应材料主要包括铁磁金属和磁隧穿结构。
铁磁金属具有良好的磁导率和磁阻率变化，因此在巨磁阻效应的研究中扮演着重要角色。
而磁隧穿结构由两层铁磁金属之间的绝缘层构成，其电阻对磁场变化极为敏感，具有更高的磁阻率变化。
四、未来展望随着科技的不断发展，巨磁阻效应的应用前景将更加广阔。
人们期待通过巨磁阻效应材料的研究和改进，实现更高容量、更便携、更高速的磁存储设备。
另外，巨磁阻效应在传感器领域也有着巨大的潜力，可以应用于机器人、智能家居和自动驾驶等领域，为人类生活带来更多便利和创新。
总之，巨磁阻效应作为一项重要而又有潜力的科技成果，获得了诺贝尔物理学奖的认可和肯定。
这一发现为磁存储和磁传感技术带来了重要突破，将在未来继续为科技和工程领域的发展做出重要贡献。
巨磁电阻效应及应用的原理
巨磁电阻效应及应用的原理巨磁电阻效应的定义巨磁电阻效应是指当外加磁场发生变化时，材料的电阻发生改变的现象。
这种现象的发现和研究引发了巨磁电阻效应的探索和应用。
巨磁电阻效应的原理巨磁电阻效应是由磁性材料自旋极化和电子传输的相互作用引起的。
这种效应主要依赖于磁性材料中的自旋极化态以及电子的传输方式。
当磁场施加在磁性材料上时，磁场与材料中的自旋相互作用会引起自旋的重新排列。
自旋的重新排列会导致电子在材料中的传输行为发生变化，从而影响材料的电阻。
这种自旋排列的重新配置会引起电子的散射和反射，从而影响电子的传输路径和速度。
巨磁电阻效应的应用巨磁电阻效应的发现和研究为许多实际应用提供了可能。
以下是巨磁电阻效应的一些主要应用：1.磁存储器：巨磁电阻效应被广泛应用于磁存储器中，可用于读取和写入数据。
磁存储器可以储存大量的数据，而且巨磁电阻效应能够实现快速、高密度的读写操作。
2.磁传感器：巨磁电阻效应广泛应用于磁传感器中，用于检测磁场的变化。
磁传感器可以用于地理导航系统、磁共振成像仪、汽车导航系统等。
3.磁阻变传感器：巨磁电阻效应还可应用于磁阻变传感器中，用于检测物体的位置、位移和旋转角度。
磁阻变传感器可以应用于汽车制动系统、手持设备的姿态感知等领域。
4.磁阻随机存取存储器（MRAM）：巨磁电阻效应在磁阻随机存取存储器中的应用有很大潜力。
MRAM具有非易失性、低功耗、高速度和高密度等优点。
5.磁阻式角度传感器：巨磁电阻效应还可以应用于磁阻式角度传感器中，用于检测物体的角度变化。
磁阻式角度传感器可以应用于机械臂、机器人和汽车的转向系统等。
巨磁电阻效应的应用范围还在不断扩大，随着磁性材料和电子技术的进一步发展，巨磁电阻效应的新应用也在不断涌现。
总结巨磁电阻效应是材料的电阻在外加磁场变化时发生改变的现象，其实现需要磁性材料的自旋极化与电子传输的相互作用。
巨磁电阻效应的应用广泛，包括磁存储器、磁传感器、磁阻变传感器、磁阻随机存取存储器和磁阻式角度传感器等。
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
O
100%
d/nm
乙
巨磁电阻效应
1988年阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔发现，在铁、铬相间的三层复合膜电阻中，微弱的磁场可以导致电阻大小的急剧变化，这种现象被命名为“巨磁电阻效应”．
更多的实验发现，并非任意两种不同种金属相间的三层膜都具有“巨磁电阻效应”．组成三层膜的两种金属中，有一种是铁、钴、镍这三种容易被磁化的金属中的一种，另一种是不易被磁化的其他金属，才可能产生“巨磁电阻效应”．
进一步研究表明，“巨磁电阻效应”只发生在膜层的厚度为特定值时．用R 0表示未加磁场时的电阻，R 与膜层厚度d （三层膜厚度均相同）的关系如乙图所示．
1994年IBM 公司根据“巨磁电阻效应”原理， 研制出“新型读出磁头”，将磁场对复合膜阻值的影响转换成 电流的变化来读取信息．
（1）以下两种金属组成的三层复合膜可能发生“巨磁电阻效应”的是 ▲ ．
A ．铜、银
B ．铁、铜
C ．铜、铝
D ．铁、镍
（2）对铁、铬组成的复合膜，当膜层厚度是时，这种复合膜电阻 ▲ （选填“具
有”或“不具有”）“巨磁电阻效应”．
（3）“新型读出磁头”可将微弱的 ▲ 信息转化为电信息． （4）铁、铬组成的复合膜，发生“巨磁电阻效应”时，
其电阻R 比未加磁场时的电阻R 0 ▲ （选填 “大”或“小”）得多．
（5）丙图是硬盘某区域磁记录的分布情况，其中1
表示有磁区域，0表示无磁区域．将“新型读出 磁头”组成如图所示电路，当磁头从左向右匀速 经过该区域过程中，电流表读数变化情况应是丁 图中的 ▲ ． 参考答案：（1）B （2）具有 （3）磁（4）小（5）B
A
B
C
D
丁
硬盘上的磁记录
右
左。
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
巨磁电阻效应——2007年诺贝尔物理学奖简介瑞典皇家科学院宣布，法国科学家阿尔伯特·费尔和德国科学家彼得·格鲁伯格共同获得2007年诺贝尔物理学奖.获奖的原因是这两位科学家先后独立发现了“巨磁电阻”（GMR）效应.这个发现引发的技术进步极大地提高了计算机硬盘磁头的数据读取能力，使硬盘无论从容量还是体积上都产生了质的飞越.这个发现还导致了新一代磁传感器的出现，而且巨磁电阻被认为是纳米技术最重要的应用之一.1 磁致电阻的发现及应用磁电阻是一种铁、钴、镍等铁磁体置于外磁场中其电阻发生变化的物理现象.铁磁体的这个性质与电流方向和外加磁场方向有密切关系.150年前英国物理学家W.汤姆孙(开尔文勋爵)测量了铁和镍在外加磁场中的磁电阻效应.他写道：“我发现将铁置于磁场中，当电流方向与磁场方向一致时导体的电阻增大，而磁场方向与电流方向垂直时电阻减小.”这一现象被称为磁电阻各向异性(AMR)，现在人们知道这是由电子自旋引起的.磁致电阻技术在应用于硬盘磁头后成为一项重要的实用技术，在20世纪80年代，广泛用于制造磁头的材料是坡莫合金.随着计算机的不断发展，对数据存贮量的要求不断加大.人们迫切需要提高硬盘的存贮密度，但是如果大幅度提高硬盘的数据密度，磁单元就要做得非常小，每个单元的磁场强度就会变得很低.通常情况下，磁致电阻的改变是非常微小的，仅有不到一个百分点的变化，在当时科学家们认为想要提高基于MR技术磁头的效能非常困难.如何提高磁致电阻效能成为当时制约硬盘数据密度进一步扩大的瓶颈技术.2 巨磁电阻现象及其基本原理1988年，两个独立的研究小组意外地发现了非常巨大的磁电阻效应，即后来被命名的巨磁电阻效应.他们在实验中应用了一种叫做多层磁膜的材料，这种材料是由厚度仅为几个原子的铁磁纳米材料薄膜与非磁性金属纳米膜层叠而成.如图1格鲁伯格小组磁膜的结构是铁-铬-铁三明治式结构，而费尔小组的磁膜则是由多达60层的铁-铬层构成。
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
巨磁电阻效应
巨磁电阻效应材料
1.什么是巨磁阻效应?
2.它是怎样发现的? 3.产生这种效应的物理机制是什么? 4.在应用方面有哪些意义和前景?
巨磁读出磁头
位移传感器
巨磁电阻生物传感器 巨磁电阻转速传感器
巨磁阻效应的发展史
1857 年，英国开尔文勋爵通过实验发现了铁 磁材料在磁场中电阻改变的磁电阻效应。
磁电阻效应
指某些铁磁性材料在受到外加磁场作用时引起电阻变化的现象。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。
表征磁电阻大小的物理量为磁阻比（MR）：
ρH—磁场下的电阻率，ρ0—零磁场下的电阻率
巨磁电阻效应
巨磁阻效应(GMR)：指在磁性材料和非磁性材料相间的多层膜中，电阻
外加饱和磁场
当外加于颗粒膜的磁场为零时，颗粒膜的磁化强度为零，各铁磁颗粒的磁 化方向混乱排列，传导电子受到最大的散射作用，样品处于大电阻状态；当外 磁场增加时，颗粒膜存在一定的磁化强度，各铁磁颗粒的磁化方向趋于外磁场 方向，传导电子所受散射小，样品电阻降低。
影响GMR效应的因素
1.颗粒尺寸D0
存在一个平均颗粒尺寸，一般几十纳米，所测得的磁电阻值最大。
硬磁性层 分隔层
软磁性层
自旋阀两种方式
自旋阀的优缺点
优点 ：磁电阻变化率 ∆R/R对外磁场的响应呈线性关系，频率特性好；
低饱和场，工作磁场小；电阻随磁场变化迅速，灵敏度高等；
缺点 ：自旋阀多层膜的磁电阻变化量并不大，同时现在面临的最大问
题就是它的抗腐蚀和热稳定性都不太好。
纳米颗粒结构的GMR效应
多层膜
多层膜示意图
磁性层和非磁性层交替生长构成磁性多层膜，制备多层膜方法： 溅射，蒸发和分子数外延法。
巨磁电阻效应
巨磁电阻效应发现的意义及应用
• 费尔和格鲁伯格的系统因为昂贵和复杂仅适用于 实验室研究；在GMR的工业产品化进程中一位在 美国工作的英国人起了重要作用.他的名字叫斯图 亚特· 帕金，他发现应用相对简单的阴极镀膜方法 构造的GMR系统依然可以很好地工作，而不必构 造完美的纳米膜.应用这种技术，在1997年第一块 GMR硬盘问世，之后GMR磁头迅速成为硬盘生 产的工业标准。巨磁电阻的发现，打开了一扇通 向极具价值的科技领域的大门，其中包括数据存 贮和磁传感器.如今全世界有数以千计的科学家正 致力于磁电子学及其应用的研究.
一、什么是巨磁阻效应? 二、它是怎样发现的? 三、产生这种效应的物理机制是什么? 四、 在应用方面有哪些意义和前景?
1.磁电阻效应
• 材料的电阻随着外加磁场的变化而改变的效 应。 • 磁性金属和合金一般都有磁电阻现象。
材料的电阻大小不但受外加磁场大小的影响, 而且受外加磁场与材料中电流之间相对方向 的影响, 故称为各向异性磁电阻( AMR) 效应。
左侧：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。体系的总电阻较小
斯特恩-盖拉赫实验 ：一束银原子通过非均匀 的磁场，发现银原子分裂为两束。
S
N
S
原子射线
N
通常人们会把自旋理解为电子自身的转动，但这种 图像是不成立的，理由可归纳如下： 1.迄今为止的实验，未发现电子有尺寸的下限，即 电子是没有大小的； 2.如果把电子自旋考虑为刚体绕自身的转动的话， 即假设自旋是某种经典的对应，我们解出的角动 量量子数只能是整数，因此无法解释偶数条条纹； 3.如果把电子自旋设想为有限大小均匀分布电荷球 围绕自身的转动的话，电荷球表面切线速度将超 过光速，与相对论矛盾；
巨磁电阻效应与自旋电子学
新材料探索
科研人员不断探索新型磁性材料，以 提高巨磁电阻效应的灵敏度和稳定性。
器件微型化
自旋电子学
巨磁电阻效应作为自旋电子学中的重 要组成部分，推动了自旋电子学领域 的发展，有望在未来实现更高效、更 低能耗的电子器件。
随着微纳加工技术的发展，巨磁电阻 效应器件的微型化程度不断提高，为 新一代电子器件的发展提供了可能。
自旋传感器利用巨磁电阻效应 将磁场变化转化为电信号的变 化，从而实现磁场的高精度测 量。
巨磁电阻效应的应用提高了自 旋传感器的性能，包括更高的 灵敏度、更快的响应速度以及 更好的稳定性。
04 巨磁电阻效应与自旋电子 学的未来展望
提高巨磁电阻效应的灵敏度
巨磁电阻效应的灵敏度是衡量其性能的重要指标，提高其灵敏度有助于实现更精确的磁信息读取和存 储。
通过控制自旋场效应晶体管中的电流方向，可以实现不同自旋极化的电子注入，进 而实现信息的存储和传输。
巨磁电阻效应的应用提高了自旋场效应晶体管的性能，包括更高的开关速度、更低 的能耗以及更好的稳定性。
巨磁电阻效应在自旋传感器中的应用
自旋传感器是自旋电子学中的 另一种重要器件，利用巨磁电 阻效应可以实现磁场的高灵敏 度检测。
20世纪80年代，巨磁电阻效应 的发现为自旋电子学的发展奠定
了基础。
20世纪90年代，自旋阀和磁隧 道结等自旋电子器件的研制成功， 推动了自旋电子学的快速发展。
进入21世纪，自旋电子学在信 息存储、逻辑运算、传感器等领
域的应用研究不断取得突破。
自旋电子学的研究领域
自旋注入与输运
研究如何将自旋极化的电流注 入到其他材料中，以及如何实
现自旋的输运和操控。
自旋逻辑器件
利用自旋极化电流实现逻辑运 算的器件设计及制备。
巨磁电阻
哪些材料能够产生巨磁电阻效应 1,在掺杂钙钛矿型锰氧化物 R1-xAxMnO3 中发现巨磁电阻（GMR）， 其中 1989 年 在掺杂钙钛矿型锰氧化物 R1-xAxMnO3（其中 A 为二价碱土金属离子，如 Ca2+、Sr2+、 Ba2+等，R 为三价稀土金属离子，如 La3+、Pr3+、Tb3+、Sm3+等）中发现巨磁电阻（GMR）， 由于其在磁记录、磁传感器等方面潜在的应用前景，以及金属-绝缘体相变等所涉及的强关 联效应，使该类化合物吸引了物理学界的广泛注意。2,钙钛矿型锰氧化物 La1-xCaxMnO3 具有较大的磁热效应七十年代末至八十年代初，人们在半导体材料以及顺磁材料中发现了由 量子相干效应（由于无序而加强的载流子库仑相互作用）导致的正磁电阻，并建立了一套基 于无序的理论来解释所观察到的实验现象。去年, Manyala 在 Fe1-XCoXSi 中首次观察到铁 磁材料中的由量子相干效应导致的正磁电阻。另一方面，人们又在 1997 年首次发现钙钛矿 型锰氧化物 La1-xCaxMnO3 具有较大的磁热效应后[40,41]，钙钛矿型锰氧化物的磁热效应 引起了人们的注意。3,La07Pb03MnO3 单晶样品的由量子相干效应导致的正磁电阻效应、 A05Sr05MnO3 (A= Pr, Nd) 的巨磁热效应、多晶锌铁氧体和多晶 NiXFe1-XS 的巨磁电阻效 应
在多层膜巨磁电阻结构中，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。
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。有外磁场时，上下两层 铁磁膜的磁场方向一致，电子在界面上的散射几率很小，对应于低电阻状态。 其二，铁磁膜内的散射。即使电流方向平行于膜面，由于无规散射，电子也有一定的 几率在上下两层铁磁膜之间穿行。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，在穿行过程中都会经历散射几率小（平行）和散射几率大（反平行） 两种过程，两类自旋电流的并联电阻相似两个中等阻值的电阻的并联，对应于高电阻状态。 有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向一致，自旋平行的电子散射几率小，自旋反平行的 电子散射几率大，两类自旋电流的并联电阻相似一个小电阻与一个大电阻的并联，对应于低 电阻状态。
巨磁阻效应
六 思考与讨论
1. 什么是巨磁阻效应?
七 参考资料
1. 翟宏如 鹿牧 1997
“多层膜的巨磁电阻” 《物理学进展》卷 17(2):159–179,
2. 姜宏伟 1997
“磁性金属多层膜中的巨磁电阻效应” 《物理》卷 26(9):562–567,
3. 张欣 陆申龙 时晨 “巨磁电阻效应及应用设计性物理实验的研究” 《大学物理》卷 27(11):1–4, 2008
SUES
大学物理选择性实验讲义
磁学
巨磁阻效应∗
2007 年 10 月, 法国科学家阿尔贝 · 费尔 (A. Fert) 和德国科学家彼得 · 格 林贝格尔 (P. Gru¨nberg) 因分别独立发现了巨磁阻效应而共同获得了 2007 年诺 贝尔物理学奖. 巨磁阻效应是指材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作 用时大幅度减小的现象, 电阻相对变化率比各向异性磁电阻高一到两个数量级. 磁 场的微弱变化将导致巨磁阻材料电阻值产生明显改变, 从而能够用来探测微弱信 号.
图 3. 巨磁阻传感器测量通电导线产生的磁场的示意图.
四 实验内容
1 观测巨磁阻效应 1. 用 Q9 连接线连接实验主机和实验装置架, 将亥姆霍兹线圈用导线串联起来, 再与实验主机上的 “亥姆霍兹线圈电源” 相连, 将 “传感器输出” 下的 “换档” 调至 ×1 档,“测量电压表” 下的白色波段开关拨向左边. 2. 打开实验主机, 将亥姆霍兹线圈电流调零, 传感器工作电压 V+ 调至 5 V, 将 传感器输出调零. 3. 将亥姆霍兹线圈电流由零开始逐渐增大到 0.6 A, 每隔 0.05 A 记录传感器输 出电压 V输出.
2. 将待测电流调零, 传感器工作电压 V+ 调至 5 V, 传感器输出电压调零. 3. 待测电流由零开始逐渐增大至 5 A, 每隔 0.5 A 记录传感器输出电压 V输出,
巨磁电阻效应
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。
上下两层为铁磁材料，中间夹层是非铁磁材料。
铁磁材料磁矩的方向是由加到材料的外磁场控制的，因而较小的磁场也可以得到较大电阻变化的材料。
利用两流模型来解释巨磁电阻效应众所周知，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。
伴随着信息数字化的大潮，人们开始寻求不断缩小硬盘体积同时提高硬盘容量的技术。
198 8年，费尔和格林贝格尔各自独立发现了“巨磁电阻”效应，也就是说，非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化的特殊效应。
这一发现解决了制造大容量小硬盘最棘手的问题：当硬盘体积不断变小，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。
借助“巨磁电阻”效应，人们才得以制造出更加灵敏的数据读出头，使越来越弱的磁信号依然能够被清晰读出，并且转换成清晰的电流变化。
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。
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巨磁电阻效应――GMR 模拟传感器的磁电转换特性测量【实验目的】1. 掌握GMR 效应的定义；2. 了解GMR 效应的原理；3. 熟悉GMR 模拟传感器的构成；4. 测量GMR 磁阻特性曲线。
【实验仪器】ZKY-JCZ 巨磁电阻效应及应用实验仪、基本特性组件、导线 【实验原理】一、巨磁电阻效应定义及发展过程1、定义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(Albert Fert)和德国科学家彼得·格林贝格尔(Peter Grunberg)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。
瑞典皇家科学院在评价这项成就时表示，今年的诺贝尔物理学奖主要奖励“用于读取硬盘数据的技术，得益于这项技术，硬盘在近年来迅速变得越来越小”。
巨磁阻到底是什么？诺贝尔评委会主席佩尔·卡尔松用比较通俗的语言解答了这个问题。
他用两张图片的对比说明了巨磁阻的重大意义：一台1954年体积占满整间屋子的电脑，和一个如今非常普通、手掌般大小的硬盘。
正因为有了这两位科学家的发现，单位面积介质存储的信息量才得以大幅度提升。
目前，根据该效应开发的小型大容量硬盘已得到了广泛的应用。
“巨磁电阻”效应（GMR ，Giant Magneto Resistance)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。
也就是说，非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化的特殊效应，变化的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值高10余倍。
2、发展过程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)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(或亚铁磁)有序状态，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。
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，所以1970年之后，科学家就探索人工微结构中的磁性交换作用。
1988年法国的M.N.Baibich 等人在美国物理学会主办的Physical Review Letters 上发表了有关Fe/Cr 巨磁电阻效应的著名论文，首次报告了采用分子外延生长工艺（MBE）制成图1（Fe/Cr ）n 多层膜的GMR 效应特性曲线Fe(100)/Cr(100)规则型点阵多层膜结构。
在这种（Fe/Cr）n结构中，Fe为强铁磁性金属，Cr 为反铁磁性金属，n为Fe和Cr的总层数。
它是采用MBE工艺将Fe(100)/Cr(100)生长在GaAs 芯片上，其工艺条件是，保持MBE室内剩余压力为6.7×10-9Pa，芯片温度20℃，淀积速率：对于Fe为0.06nm/s；对于Cr为0.1nm/s。
它们每层的厚度约（0.9～9）nm，通常为30层。
为获得上述淀积速率，还专门设计了坩埚蒸发器。
经实验发现，当Cr的厚度小于（0.9～3）nm 时，它与Fe层之间偶合的一个反向铁磁特性（AF）的磁滞回线斜率逐渐增大。
图1 显示了Fe层为3nm，Cr层分别为0.9nm、1.2nm 和1.8nm，磁感应强度B在±2T 范围内，热力学温度T=4.2K，n=30、35、60 时，3个不同样本的特性。
随着Cr 厚度的增加和总层数的降低，Δr/r也升高，而且高斯磁场强度B越弱，Δr/r 越高，当B≈2T时，[Fe(3nm)/Cr(0.9nm)]60膜的Δr/r可达50%以上。
实验还发现，即使温度升至室温，B降低了30%Δr/r 也可达到低温值的一半，这一结论具有十分大的实用价值。
就在此前3个月，德国尤利希科研中心的物理学家彼得·格伦贝格尔( Peter Grunberg )领导的研究小组采用分子束外延(MBE)方法制备了铁-铬-铁三层单晶结构薄膜。
在薄膜的两层纳米级铁层之间夹有厚度为0.8nm的铬层，实验中逐步减小薄膜上的外磁场，直到取消外磁场，发现膜两边的两个铁磁层磁矩从彼此平行(较强磁场下)转变为反平行(弱磁场下)。
换言之，对于非铁磁层铬的某个特定厚度，没有外磁场时，两边铁磁层磁矩是反平行的，这个新现象成为巨磁电阻效应出现的前提。
格伦贝格尔接下来发现，两个磁矩反平行时对应高电阻状态，平行时对应低电阻状态，两个电阻的差别高达10%。
1990年IBM公司的斯图尔特·帕金(S. P. Parkin )首次报道了除铁-铬超晶格，还有钴-钌和钴-铬超晶格也具有巨磁电阻效应。
并且随着非磁层厚度增加，上述超晶格的磁电阻值振荡下降。
在随后的几年，帕金和世界范围的科学家在过渡金属超晶格和金属多层膜中，找到了20种左右具有巨磁电阻振荡现象的不同体系，为GMR材料开辟了广阔的空间，同时帕金采用较普通的磁控溅射技术代替了精密的MBE方法制备薄膜，目前这已经成为工业生产多层膜的标准。
1992年A.E.Berkowitz和Chien等人首次发现了Fe、Co 与Cu、Ag 分别形成二元合金颗粒膜中的磁电阻效应，在低温下其Δr/r可达（40～60）%。
随后陆续出现了Fe-Ag、Fe-Cu、CoxAg1-x/Ag 等颗粒多层膜。
1993年人们在钙钛矿型稀土锰氧化物中发现了比GMR 更大的磁电阻效应，即Colossal Magneto Resistance（CMR）庞磁电阻效应，开拓了GMR 研究的新领域。
在发现低磁场GMR 效应之后，1994年C.Tsang等研制出全集成化的GMR 器件――自旋阀。
同年，美国的IBM公司研制出利用自旋阀原理的数据读出磁头，它将磁盘记录密度提高了17倍，达5Gbit/6.45cm2(in2)。
二、巨磁电阻效应的原理及应用巨磁阻效应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。
1、巨磁电阻效应的原理根据导电的微观机理，金属中电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断与处于晶格位置的原子实产生碰撞（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和随机散射运动的叠加.电子在两次散射之间运动的平均路程称为平均自由程，电子散射几率越小，平均自由程就越长，电阻率就低.欧姆定律R=ρl/S应用于宏观材料时，通常忽略边界效应，把电阻率ρ视为常数.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0.3nm），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观测到厚度减小，电阻率增加的现象.电子具有自旋特性，在外磁场中电子自旋磁矩的方向平行或反平行于磁场方向。
在一些铁磁材料中，自旋磁矩与外磁场平行的电子的散射几率，远小于与外磁场反平行的电子。
材料的总电阻相当于两类电子各自单独存在时的电阻的并联.这个电阻直接影响材料中的总电流.即材料的总电流是两类自旋电子电流之和；总电阻是两类自旋电子电流的并联电阻，这就是两电流模型。
如图2所示，多层GMR结构中，无外磁场时，上下两层铁磁膜的磁矩是反平行（反铁磁）耦合的——因为这样能量最小.在足够强的外磁场作用下，铁磁膜的磁矩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。
有两类与自旋相关的散射对巨磁电阻效应有贡献。
①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.有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向一致，电子在界面上的散射几率很小，对应于低电阻状态.②铁磁膜内的散射由于无规则散射，电子也有一定的几率在上下两层铁磁膜之间穿行.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，在穿行过程中都会经历散射几率小（平行）和散射几率大（反平行）两种过程，两类自旋电子电流的并联电阻类似于两个中等阻值的电阻的并联，对应于高电阻状态.有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向一致，自旋平行的电子散射几率小，自旋反平行的电子散射几率大，两类自旋电子电流的并联电阻类似于一个小电阻与一个大电阻的并联，对应于低电阻状态。
图3是一种GMR材料的磁阻特性。
由图中正向磁场方向可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小（图中实线），图2 多层膜GMR结构图图3 磁阻特性曲线其间有一段线性区域，当外磁场已使两铁磁膜磁场方向完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不再减小，达到磁饱和状态；从磁饱和状态开始减小磁场，（图中虚线）.两条曲线不重合是因为铁磁材料具有的磁滞特性.加反向磁场与加正向磁场时的磁阻特性是对称的。
2、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。
伴随着信息数字化的大潮，人们开始寻求不断缩小硬盘体积同时提高硬盘容量的技术。
1988年，费尔和格林贝格尔各自独立发现了“巨磁电阻”效应，也就是说，非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化的特殊效应。
这一发现解决了制造大容量小硬盘最棘手的问题：当硬盘体积不断变小，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。
借助“巨磁电阻”效应，人们才得以制造出更加灵敏的数据读出头，使越来越弱的磁信号依然能够被清晰读出，并且转换成清晰的电流变化。
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。