巨磁电阻效应和应用_实验报告

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巨磁阻效应实验报告

巨磁阻效应实验报告巨磁阻效应实验报告引言：巨磁阻效应是一种材料在外加磁场下，磁阻发生显著变化的现象。

这种现象被广泛应用于磁存储、传感器等领域。

本实验旨在探究巨磁阻效应的基本原理和应用。

一、实验目的本实验的主要目的是通过实验验证巨磁阻效应的存在，并探究其与外加磁场强度、温度等因素的关系。

二、实验原理巨磁阻效应是指材料在外加磁场下，其电阻发生显著变化的现象。

这种变化是由于磁矩在外加磁场作用下发生重排而引起的。

当外加磁场增大时，磁矩的重排程度增加，导致电阻的变化。

巨磁阻效应的大小可以通过磁阻率的变化来衡量。

三、实验材料和仪器本实验所需的材料和仪器有：磁铁、巨磁阻效应样品、电源、万用表、恒温槽等。

四、实验步骤1. 将巨磁阻效应样品放置在恒温槽中，使其温度保持恒定。

2. 将电源接入巨磁阻效应样品，调节电流大小，测量电阻值。

3. 在不同的温度和磁场强度下，重复步骤2，记录数据。

4. 对实验数据进行分析和处理，得出结论。

五、实验结果和分析通过实验测量得到的数据，我们可以得出以下结论：1. 随着外加磁场强度的增加，巨磁阻效应样品的电阻值呈现出明显的变化。

这表明巨磁阻效应的存在。

2. 在一定的温度范围内，巨磁阻效应的大小与温度呈现出一定的关联性。

随着温度的升高，巨磁阻效应的大小逐渐减小。

3. 不同样品的巨磁阻效应大小有所差异，这与样品的材料特性有关。

六、实验误差分析在实验过程中，可能存在一些误差，如电流的测量误差、温度控制的误差等。

这些误差可能会对实验结果产生一定的影响。

为了减小误差，我们可以采取一些措施，如提高仪器的精度、增加数据的重复性等。

七、实验应用巨磁阻效应在磁存储、传感器等领域有着广泛的应用。

通过巨磁阻效应，我们可以设计出更加灵敏、高效的传感器，提高磁存储设备的性能等。

八、结论通过本次实验，我们验证了巨磁阻效应的存在，并探究了其与外加磁场强度、温度等因素的关系。

巨磁阻效应在磁存储、传感器等领域具有重要的应用价值。

巨磁阻效应实验报告

巨磁阻效应实验报告篇一:磁阻效应实验报告近代物理实验报告专业2011级应用物理学班级(2) 指导教师彭云雄姓名同组人实验时间 2013 年 12 月23 日实验地点 K7-108 实验名称磁阻效应实验一、实验目的1、2、3、4、测量电磁铁的磁感应强度与励磁电流的关系和电磁铁磁场分布。

测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。

作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线。

对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。

二、实验原理图1磁阻效应原理1一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。

如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。

如果霍耳电场作用和某一速度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。

若将图1中a端和b端短路，则磁阻效应更明显。

通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ(0)表示。

其中ρ(0)为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ(B)，则Δρ=ρ(B)-ρ(0)。

由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R(0)正比于Δρ/ρ(0)，这里ΔR=R(B)-R(0)，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/R(0)来表示磁阻效应的大小。

图2图2所示实验装置，用于测量磁电阻的电阻值R与磁感应强度B之间的关系。

实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率ΔR/R(0)正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中ΔR/R(0)与磁感应强度B呈线性关系。

磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。

2如果半导体材料磁阻传感器处于角频率为ω的弱正弦波交流磁场中，由于磁电阻相对变化量ΔR/R(0)正比于B，则磁阻传感器的电阻值R将随角频率2ω作周期性变化。

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引言巨磁电阻（GMR）效应是一种在特定材料中的电阻随着磁场强度的改变而发生改变的现象，这个现象在1988年被发现并且被认为是一种非常重要的物理现象。

GMR效应的发现因其在信息存储和传输方面的应用而获得广泛的关注。

本实验旨在通过对GMR效应的测量来研究其基本性质以及应用。

实验器材本实验的器材包括：恒流源、磁场控制器、数显万用表、集成电路（IC）芯片、电阻板和薄膜，其中集成电路芯片是一种悬挂在磁性薄膜上的表面贴装器件，薄膜是一种金属薄膜，可以产生磁场。

实验步骤1.将IC芯片放置在电阻板的中心位置。

2.将磁性薄膜放置在IC芯片顶部，注意不要碰到芯片。

3.将恒流源的电流调节到正确的数值，根据实验需求选择恒流源的最大或最小电流值。

4.打开磁场控制器，使用磁场控制器来控制磁场的强度，根据需要进行改变。

5.使用数显万用表来测量芯片中的电压。

6.根据实验的需要调整电阻板和薄膜之间的距离。

实验结果实验结果表明，在施加不同大小的磁场时，IC芯片的电阻会发生变化，这种变化非常灵敏，能够实现高精度的控制。

此外，IC芯片的电阻随着磁场的强度增加而减小，这表明芯片的电阻具有“负巨磁电阻”效应。

讨论与结论巨磁电阻效应是一种非常重要的物理现象，它在信息存储和传输方面具有非常广泛的应用。

本实验展示了GMR效应的基本特性，并探讨了其在实际应用中的潜在价值。

我们可以通过调整材料的性质来提高其敏感度和精度，从而扩展其现有应用。

总之，GMR效应在信息技术领域是一个革命性的技术，它为我们提供了一种新的方式来控制和处理信息。

通过进一步研究和优化，我们可以更好地利用这个效应，实现更高效的数据传输和处理。

巨值电阻实验报告

一、实验目的1. 了解巨磁电阻效应的基本原理和实验方法。

2. 通过实验测量巨磁电阻材料的电阻随磁场的变化规律。

3. 掌握测量电阻的基本方法和误差分析。

二、实验原理巨磁电阻效应（Giant Magneto-Resistance，GMR）是指在外加磁场的作用下，某些材料的电阻值发生显著变化的现象。

实验中，我们利用巨磁电阻材料的这种特性，通过测量电阻随磁场的变化，来研究其磁阻特性。

三、实验器材1. 巨磁电阻材料样品2. 磁场发生器3. 电阻测量仪4. 电流源5. 电压表6. 信号发生器7. 数据采集系统8. 电脑及实验软件四、实验步骤1. 将巨磁电阻材料样品放置在磁场发生器中，调整磁场方向。

2. 接通电流源，使电流通过巨磁电阻材料样品。

3. 利用电阻测量仪测量样品的电阻值。

4. 改变磁场强度，记录不同磁场下的电阻值。

5. 将实验数据输入电脑，利用实验软件进行分析和处理。

五、实验结果与分析1. 实验数据根据实验数据，绘制巨磁电阻材料电阻随磁场的变化曲线。

如下所示：图1 巨磁电阻材料电阻随磁场的变化曲线2. 结果分析（1）从实验结果可以看出，巨磁电阻材料的电阻值随着磁场强度的增加而减小，且变化趋势呈现出非线性。

在磁场强度较小时，电阻值下降较快；而在磁场强度较大时，电阻值下降速度逐渐变慢。

（2）根据实验结果，可以分析出巨磁电阻材料在磁场作用下的电阻变化机制。

当外加磁场较小时，材料内部的磁畴发生旋转，导致电阻值下降。

随着磁场强度的增加，磁畴逐渐趋于平行排列，电阻值下降速度逐渐变慢。

（3）实验过程中，对测量数据进行误差分析。

主要误差来源包括：电流源和电压表的精度、磁场发生器的稳定性、实验环境的温度和湿度等。

通过对实验数据进行多次测量，并计算平均值，可以减小误差的影响。

六、实验结论1. 巨磁电阻材料在磁场作用下的电阻值发生显著变化，符合巨磁电阻效应的基本原理。

2. 通过实验测量，获得了巨磁电阻材料电阻随磁场的变化规律，为相关应用研究提供了实验依据。

巨磁阻效及应用报告

巨磁阻效及应用报告巨磁阻效应是一种在外加磁场作用下发生显著磁电阻变化的物理现象。

这种效应是在1992年由巴黎莱旺研究机构的阿尔贝特罗蒂埃教授和他的团队首次发现的。

巨磁阻效应的应用前景巨大，因此引起了广泛的关注和研究。

巨磁阻效应基于磁电阻效应，即磁场对材料电阻的影响。

一般情况下，材料的电阻对磁场的变化不敏感。

然而，当材料中存在特殊的磁性结构时，如磁共振等，电阻对磁场的变化就会显著地变化，这就是磁电阻效应。

而巨磁阻效应是磁电阻效应中最明显的一种。

巨磁阻效应以具有巨大磁电阻变化的磁性材料为基础。

当这些材料处于没有外加磁场时，它们的电阻是最小的，可以达到几个百分点。

然而，当外加磁场作用于这些材料时，它们的电阻会迅速增加，甚至可以增加到几十个百分点。

这种磁电阻的巨大变化使得巨磁阻效应具有很大的应用潜力。

巨磁阻效应的应用非常广泛，尤其在磁存储技术中具有重要地位。

巨磁阻材料可以用来制造磁头，这是计算机硬盘驱动器中不可或缺的部分。

通过利用巨磁阻效应，磁头可以以非常小的尺寸来探测和读取硬盘上的磁场信息。

巨磁阻材料还可以用于制造磁阻随机存储器（MRAM），这是一种新兴的存储技术，具有快速的读写速度和非易失性的特点。

此外，巨磁阻效应还可以应用于传感器技术中。

例如，巨磁阻材料可以用于制造磁传感器，用来检测和测量磁场强度和方向。

磁传感器广泛应用于导航、地震监测、医疗诊断等领域。

此外，巨磁阻效应在自动控制领域也具有重要的应用。

例如，巨磁阻材料可以用于制造磁阻变结构，这种结构可以根据外界磁场的变化实时调节其电阻，从而实现对电路的精确控制和调节。

尽管巨磁阻效应在磁存储、传感器和自动控制等领域有着广泛的应用，但是该效应的原理和机制还需要进一步研究和理解。

目前，巨磁阻材料的性能还有待进一步提高和优化，以满足不同领域的应用需求。

随着材料科学和纳米技术的不断发展，相信巨磁阻效应的应用前景会越来越广阔。

巨磁电阻实验报告

巨磁电阻实验报告巨磁电阻实验报告引言：巨磁电阻（Giant Magnetoresistance，简称GMR）是一种在外加磁场下电阻发生巨大变化的现象。

它是由诺贝尔物理学奖得主阿尔伯特·菲尔斯和彼得·格鲁伯尔于1988年发现的。

GMR效应的发现不仅在科学界引起了轰动，而且也在技术领域引发了革命性的变革。

本实验旨在通过测量巨磁电阻效应，探索其原理和应用。

实验目的：1.了解巨磁电阻效应的基本原理；2.熟悉巨磁电阻材料的制备和测量方法；3.通过实验数据分析，探索巨磁电阻在信息存储和传感器领域的应用。

实验原理：巨磁电阻效应是指在外加磁场下，磁性材料中的电阻发生显著变化的现象。

这一现象的基础是磁性材料中的自旋极化和磁化方向之间的相互作用。

当自旋极化与磁化方向平行时，电阻较小，而当自旋极化与磁化方向反平行时，电阻较大。

巨磁电阻效应的大小与磁化方向的相对变化有关。

实验装置：本实验采用了一台巨磁电阻测量仪。

该测量仪包括一个磁场供应器和一个电阻测量器。

磁场供应器用于产生可调的磁场，而电阻测量器则用于测量样品的电阻值。

实验步骤：1.准备样品：将巨磁电阻材料切割成适当大小的样品，并确保其表面平整清洁。

2.安装样品：将样品固定在测量仪的夹持装置上，确保样品与磁场平行。

3.调整磁场：通过调节磁场供应器，使得磁场的大小和方向符合实验要求。

4.测量电阻：使用电阻测量器测量样品在不同磁场下的电阻值，并记录数据。

5.分析数据：根据测得的电阻数据，绘制电阻随磁场变化的曲线，并进行数据分析。

实验结果与讨论：通过实验测量，我们得到了样品在不同磁场下的电阻值。

根据这些数据，我们可以绘制出电阻随磁场变化的曲线。

根据曲线的形状和变化趋势，我们可以得出以下结论：1.在低磁场下，电阻值变化较小，巨磁电阻效应不显著。

2.随着磁场的增大，电阻值迅速增加，巨磁电阻效应开始显现。

3.在较高磁场下，电阻值趋于稳定，巨磁电阻效应达到饱和。

巨磁阻效应及其应用实验报告

巨磁阻效应及其应用实验报告篇一：巨磁阻效应实验报告数据数据处理实验一线圈电流由零开始变化测得输出电压V和磁场B的关系如下图示由上图可以看出2mT以下部分传感器的输出电压和磁场变化情况接近线性变化，其灵敏度K= 相关系数为由RB/R0=/ 计算出不同磁感应强度下的RB/R0值，绘制RB/R0-B关系图如下可以看出RB/R0的值随磁场B增大而逐渐减小，在2mT以后趋于饱和，RB/R0的饱和值约为。

则该传感器的电阻相对变化率/R0的最大值约为=-=-10% 实验二测量时，巨磁阻传感器工作电压V+为,线圈电流为。

利用实验所得数据作V输出—COSθ关系图如下示：从图中可以看出在COSθ=附近有一个瑕点外，具有较良好的线性关系V=θ，相关系数为，即传感器的输出电压与传感器敏感轴—磁场间夹角θ成余弦关系。

问题思考1.如何避免地磁场影响，并解释原因。

本次实验中亥姆霍兹线圈产生磁场来验证材料在有无磁场的情况下电阻的变化，必然会受到地磁场的影响，故我们在实验过程中每次旋转角度后，应重新调零，减小每次旋转角度地磁场对实验误差的积累。

篇二：巨磁电阻效应及其应用研究性实验报告北京航空航天大学基础物理实验巨磁电阻效应及其应用研究性实验报告摘要本报告研究了巨磁电阻效应及其应用。

报告详细的阐述了该实验的实验背景、实验原理、实验仪器及实验内容。

数据处理部分，报告将原始数据绘制成表格，并将用Matlab绘制成图像，能够较清晰的表示出物理量之间的关系。

另外，本报告对巨磁电阻的应用进行了大量的探究，列举了一些巨磁电阻于当今时代的应用，阐述了巨磁电阻的应用前景。

关键字巨磁电阻、传感器、磁感应强度、电压、电流目录摘要................................................................. . (1)关键字................................................................. (1)一、实验背景................................................................. (5)二、实验原理................................................................. (5)三、实验仪器................................................................. (7)1、实验仪主机................................................................. .. (7)2、基本特性组件模块................................................................. .. (8)3、电流测量组件................................................................. . (9)4、角位移测量组件................................................................. (9)5、磁读写组件................................................................. .. (9)四、实验内容................................................................. (10)1、GMR模拟传感器的磁电转换特性测量 (10)2、GMR磁阻特性测量............................................................... .. (11)3、GMR开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线测量 (12)4、用GMR模拟传感器测量电流............................................................135、GMR梯度传感器的特性及应用 (14)6、磁记录与读出................................................................. .. (15)五、数据处理................................................................. . (15)1、GMR模拟传感器的磁电转换特性测量 (15)2、GMR磁阻特性测 (17)3、GMR开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线测量 (18)4、用GMR模拟传感器测量电流............................................................195、GMR梯度传感器的特性及应用 (20)6、磁记录与读出................................................................. .. (21)六、实验思考................................................................. . (22)1、推导公式????????=????????????????? ................. . (22)2、实验感想................................................................. . (23)七、GMR传感器在有关领域的应用231、基于GMR传感器阵列的生物检测 (23)2、将GMR用于导航及高速公路的车辆监控系统 (24)3、GMR磁敏传感器在磁性介质的探测和磁性油墨鉴伪点钞机中的应用............................................................. .................................................................25八、实验总结................................................................. . (25)图 1 多层膜GMR结构图............................................................... . (6)图 2 某种GMR材料的磁阻特性............................................................... . (6)图 3 自旋阀SV-GMR结构图............................................................... (7)图4巨磁阻实验仪操作面板................................................................. .. (8)图 5 基本特性组件................................................................. .. (8)图 6 电流测量组件................................................................. .. (9)图7 角位移测量组件................................................................. . (9)图8 磁读写组件................................................................. (9)图9 GMR模拟传感器结构图............................................................... .. (10)图10 GMR模拟传感器的磁电转换特性........................................................10图11模拟传感器磁电转换特性实验原理图...................................................11图12磁阻特性测量原理图................................................................. .. (11)图13 GMR开关传感器............................................................... (12)图14 GMR开关传感器磁电转换特性............................................................12图15模拟传感器测量电流实验原理图...........................................................13图16 GMR梯度传感器结构图............................................................... (14)图17 用GMR梯度传感器检测齿轮位移......................................................14图18 磁电转换特性曲线................................................................. .. (16)图19 磁阻特性曲线................................................................. . (18)图20 GMR开关传感器磁电转换特性曲线....................................................19图21 输出电压与待测电流的关系曲线..........................................................20图22 用GMR梯度传感器检测齿轮位移的电压和转角关系图..................21图23 电路连接图................................................................. .. (22)图24 直接标记法................................................................. .. (23)图25 两部标记法................................................................. (24)表格 1 电流随磁感应强度变化表................................................................. (15)表格 2 磁阻随磁感应强度变化表................................................................. (17)表格 3 电平随励磁电流变化表................................................................. . (18)表格 4 输出电压随待测电流变化关系表........................................................19表格 5 电压和齿轮转角间的关系................................................................. (21)表格 6 二进制数的写入与读出................................................................. . (22)篇三：巨磁电阻效应及其应用数据处理五、实验数据及处理模拟传感器的磁电转换特性测量实验数据及由公式B = μ0nI算得的（n=24000匝/m）磁感应强度如下表所示：以B为横坐标，输出电压U为纵坐标，作图得：误差分析：（1）在实验操作中，用恒流源调节励磁电流时距离要调到的值总会有部分偏差，其范围在正负以内，反应在图像上就是最低处的输出都在y轴上，实际上应当是分别分布在y轴左右两侧的；（2）用恒流源调节励磁电流时，为保证调到需要调到的励磁电流的精确度，会有很小幅度的回调，可能因磁滞现象造成影响；（3）使用Excel表格处理数据的过程中可能会有精度损失；2. GMR的磁阻特性曲线的测量根据实验数据由公式B = μ0nI算得的磁感应强度，由R=U/I算得的电阻如下表所示：（磁阻两端电压U=4V）作图如下：误差分析：（1）在实验操作中，用恒流源调节励磁电流时距离要调到的值总会有部分偏差，其范围在正负以内，反应在图像上就是最高处的输出都在y 轴上，实际上应当是分别分布在y轴左右两侧的；（2）用恒流源调节励磁电流时，为保证调到需要调到的励磁电流的精确度，会有很小幅度的回调，可能因磁滞现象造成影响；（3）使用Excel表格处理数据的过程中可能会有精度损失；。

巨磁电阻效应和应用_实验报告

巨磁电阻效应和应⽤_实验报告巨磁电阻效应及其应⽤【实验⽬的】1、了解GMR效应的原理2、测量GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线3、测量GMR的磁阻特性曲线4、⽤GMR传感器测量电流5、⽤GMR梯度传感器测量齿轮的⾓位移，了解GMR转速（速度）传感器的原理【实验原理】根据导电的微观机理，电⼦在导电时并不是沿电场直线前进，⽽是不断和晶格中的原⼦产⽣碰撞（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与这种⽆规散射运动的叠加。

称电⼦在两次散射之间⾛过的平均路程为平均⾃由程，电⼦散射⼏率⼩，则平均⾃由程长，电阻率低。

电阻定律 R=l/S 中，把电阻率视为常数，与材料的⼏何尺度⽆关，这是因为通常材料的⼏何尺度远⼤于电⼦的平均⾃由程（例如铜中电⼦的平均⾃由程约34nm），可以忽略边界效应。

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，可以明显观察到厚度减⼩，电阻率增加的现象。

电⼦除携带电荷外，还具有⾃旋特性，⾃旋磁矩有平⾏或反平⾏于外磁场两种可能取向。

早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott指出，在过渡⾦属中，⾃旋磁矩与材料的磁场⽅向平⾏的电⼦，所受散射⼏率远⼩于⾃旋磁矩与材料的磁场⽅向反平⾏的电⼦。

总电流是两类⾃旋电流之和;总电阻是两类⾃旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。

在图2所⽰的多层膜结构中，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。

电阻\欧姆磁场强度/ ⾼斯图3 某种GMR材料的磁阻特性⽆外磁场时顶层磁场⽅向⽆外磁场时底层磁场⽅向图2 多层膜GMR 结构图图3是图2结构的某种GMR 材料的磁阻特性。

由图可见，随着外磁场增⼤，电阻逐渐减⼩，其间有⼀段线性区域。

巨磁电阻效应及应用实验报告

巨磁电阻效应及应用实验报告巨磁电阻效应及应用实验报告引言在现代科技领域中，材料科学的发展一直是一个重要的研究领域。

巨磁电阻效应作为一种重要的磁电效应，在材料科学中具有广泛的应用前景。

本实验旨在探究巨磁电阻效应的原理和特性，并通过实验验证其在实际应用中的可行性。

一、巨磁电阻效应的原理巨磁电阻效应是指在外加磁场作用下，材料电阻发生变化的现象。

这一效应的发现对磁性材料的研究和应用带来了革命性的变化。

巨磁电阻效应的原理主要是基于磁矩自旋相互作用和电子传输过程中的自旋极化效应。

当外加磁场作用于材料时，磁矩会发生定向排列，导致电子在材料中传输时会受到不同程度的散射，从而改变了材料的电阻。

二、实验方法1. 实验材料准备本实验选用了一种常见的巨磁电阻材料，如铁磁合金。

首先，将铁磁合金样品切割成适当的尺寸，并对其进行表面清洁处理，以确保实验的准确性。

2. 实验装置搭建将铁磁合金样品固定在实验装置中，并连接电源和电流计，以便测量电阻的变化。

同时，设置一个可调节的磁场装置，用于施加外加磁场。

3. 实验步骤首先，将实验装置置于零磁场环境中，测量铁磁合金样品的初始电阻。

然后，逐渐增加外加磁场的强度，并测量相应的电阻值。

记录每个磁场强度下的电阻值，并绘制电阻-磁场曲线。

三、实验结果与分析通过实验测量得到的电阻-磁场曲线如下图所示。

从图中可以看出，在外加磁场作用下，铁磁合金样品的电阻发生了明显的变化。

随着磁场的增加，电阻呈现出逐渐减小的趋势。

图1：电阻-磁场曲线根据实验结果可以发现，铁磁合金样品在外加磁场作用下呈现出典型的巨磁电阻效应。

这是由于外加磁场改变了材料中磁矩的排列方式，导致电子在传输过程中受到不同程度的散射，从而改变了电阻值。

四、巨磁电阻效应的应用巨磁电阻效应在实际应用中具有广泛的潜力。

其中最典型的应用就是磁存储技术。

通过利用巨磁电阻效应，可以实现高密度、高速度的磁存储器件。

此外，巨磁电阻效应还可以应用于传感器、磁场测量和磁性材料的研究等领域。

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三、开关〔数字）传感器的磁电转换特性曲线测量表开关传感器的磁电转换特性测量高电平=IV低电平=0 V
GMR模拟传感器在一定的范围内输出电压与磁场强度成线性关系，目.灵敏度高，线性范围大，可以方便的将GMR制成磁场计，测量磁场强度或其它与磁场相关的物理量。

作为应用例如，我们用它来测量电流。

由理论分析可知，通有电流I的无限长直导线，与导线距离为「的…点的磁感应强度为：B = u
01/2 nr =2 lX10-7/r⑶
磁场强度与电流成正比，在r的条件下，测得B,就可知I。

在实际应用中，为了使GMR模拟传感器工作在线性区，提高测量精度，还常常预先给传感器施加一固定磁场，称为磁偏置，其原理类似于电子电路中的直流偏置。

b位置时，&、&感受到的磁场强度大于R,、R.,输出正电压。

c位置时，输出回归零。

d位置时，R、R,感受到的磁场强度小于R：,、R,输出负电压。

于是，在齿轮转动过程中，每转过一个齿牙便产生一个完整的波形输出。

这一原理己普遍应用于转速(速度)与位移监控，在汽车及其它工业领域得到广泛应用。

实验装置：巨磁阻实验仪、角位移测量组件。

将实验仪4V电压源接角位移测量组件“巨磁电阻供电"，角位移测量组件“信号输出" 接实验仪电压表。

逆时针慢慢转动齿轮，当输出电压为零时记录起始角度，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。

【考前须知】1、由于巨磁阻传感器具有磁滞现象，因此，在实验中，恒流源只能单向调节，不可回调, 否那么测量数据将不准确。

2、测试卡组件不能长期处于“写"状态。

巨磁电阻实验

巨磁电阻实验巨磁电阻效应及其应⽤巨磁电阻( Giant magneto resistance, 简称GMR)效应表⽰在⼀个巨磁电阻系统中, ⾮常弱⼩的磁性变化就能导致巨⼤的电阻变化的特殊效应. 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荣膺2007年诺贝尔物理学奖.G MR是⼀种量⼦⼒学和凝聚态物理学现象, 是磁阻效应的⼀种, 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. 在量⼦⼒学出现后,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. 随后, 科学家们⼜发现很多的过渡⾦属和稀⼟⾦属的化合物也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1所⽰. 此时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. 反铁磁性通过化合物中的氧离⼦(或其他⾮⾦属离⼦)将最近的磁性原⼦的磁矩耦合起来, 属于间接交换作⽤. 此外, 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. 据此美国IBM实验室的江崎和朱兆祥提出了超晶格的概念．所谓的超晶格就是指由两种（或两种以上）组分（或导电类型）不同、厚度极⼩的薄层材料交替⽣长在⼀起⽽得到的⼀种多周期结构材料, 其特点是这种复合材料的周期长度⽐各薄膜单晶的晶格常数⼤⼏倍或更长. 上世纪⼋⼗年代, 制作⾼质量的纳⽶尺度样品技术的出现使得⾦属超晶格成为研究前沿. 因此凝聚态物理⼯作者对这类⼈⼯材料的磁有序, 层间耦合, 电⼦输运等进⾏了⼴泛的基础⽅⾯的研究. 其中相关的代表性研究⼯作简介如下.其⼀是德国尤利希科研中⼼的物理学家彼得·格伦贝格尔. 他⼀直致⼒于研究铁磁性⾦属薄膜表⾯和界⾯上的磁有序状态, 其研究对象是⼀个三明治结构的薄膜, 两层厚度约10nm的铁层之间夹有厚度为1nm的铬层. 之所以选择选择这⼀材料系统, ⾸先是因为⾦属铁和铬是周期表上相近的元素, 具有类似的电⼦壳层, 容易实现两者的电⼦状态匹配. 其次, ⾦属铁和铬的晶格对称性和晶格常数相同, 它们之间晶格结构相匹配. 这两类匹配⾮常有利于对基本物理过程进⾏探索. 尽管如此, 长期以来该课题组所获得的三明治薄膜仅为多晶体. 随着制备薄膜技术的发展, 分⼦束外延(MBE)⽅法的应⽤才使得结构完整的单晶样品得以问世, 其成分依然是铁-铬-铁三层膜. 此后, 为了进⼀步获得铁磁矩的有关信息, 科研⼯作者将光散射应⽤于对⾦属三层膜进⾏相关研究. 在实验过程中, 薄膜上的外磁场被逐步减⼩直⾄消失. 结果发现, 在铬层厚度为0.8nm的铁-铬-铁三明治中, 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). 亦即, 对于⾮铁磁层铬的某个特定厚度, 在⽆外磁场时, 两边铁磁层磁矩处于反平⾏状态, 这⼀现象成为巨磁电阻效应出现的前奏. 在对这⼀现象的进⼀步研究过程中, 格伦贝格尔等发现当两个磁矩反平⾏时,铁-铬-铁三明治呈现⾼电阻状态. ⽽当两个磁矩平⾏时, 则对应与其低电阻状态, 且两种不同状态下的阻值差⾼达10%. 之后, 格伦贝格尔将此结果写成论⽂,并申请了将这种效应和材料应⽤于硬盘磁头的专利.另⼀位科研⼯作者是巴黎⼗⼀⼤学固体物理实验室物理学家阿尔贝·费尔, 其课题组将铁、铬薄膜交替制成⼏⼗个周期的铁-铬超晶格, 亦称周期性多层膜. 通过对此类物质的研究, 他们发现了当改变磁场强度时, 超晶格薄膜的电阻下降近⼀半, 即磁电阻⽐率达到50%. 据此该现象被命名为巨磁电阻现象, 并⽤两电流模型予以合理解释. 显然, 该周期性多层膜可视为若⼲个格伦贝格尔三明治的重叠, 因此德国和法国的这两个独⽴发现实属同⼀个物理现象.除了上述两位诺贝尔奖获得者的开创性⼯作, IBM公司的斯图尔特·帕⾦( S. P. Parkin )将GMR的制作材料做了进⼀步推⼴, 为其⼯业化应⽤奠定了基础. 他于1990年⾸次报道了铁-铬超晶格系列之外的钴-钌和钴-铬超晶格体系亦有巨磁电阻效应, 并且随着⾮磁层厚度增加, 其磁电阻值振荡下降. 此后, 科学家在过渡⾦属超晶格和⾦属多层膜中⼜发现了20种左右不同的体系均存在巨磁电阻振荡现象. 帕⾦的⼯作⾸先为寻找更多的GMR材料开辟了⼴阔空间, 为寻找适合硬盘的GMR材料提供了可能, 1997年制成了GMR磁头即是其成功之⼀. 其次, 在薄膜制备⽅法上帕⾦采⽤较普通的磁控溅射技术⽤以替代精密的MBE⽅法, 并使之成为⼯业⽣产多层膜的标准. 磁控溅射技术克服了物理发现与产业化之间的障碍, 使巨磁电阻成为基础研究快速转换为商业应⽤的国际典范. 同时, 巨磁电阻效应也被认为是纳⽶技术的⾸次真正应⽤.巨磁电阻效应发现的另⼀重⼤意义在于打开了⼀扇通向新技术世界的⼤门—⾃旋电⼦学. GMR作为⾃旋电⼦学的开端具有深远的科学意义. 传统的电⼦学是以电⼦的电荷移动为基础的, 电⼦⾃旋往往被忽略了. 巨磁电阻效应表明电⼦⾃旋对于电流的影响⾮常强烈, 电⼦的电荷与⾃旋两者都可能载运信息. ⾃旋电⼦学的研究和发展引发了电⼦技术与信息技术的⼀场新的⾰命. ⽬前电脑, ⾳乐播放器等各类数码电⼦产品中所装备的硬盘磁头, 基本上都应⽤了巨磁电阻效应. 利⽤巨磁电阻效应制成的多种传感器, 已⼴泛应⽤于各种测控领域. 除利⽤铁磁膜-⾦属膜-铁磁膜的GMR效应外, 由两层铁磁膜夹⼀极薄的绝缘膜或半导体膜构成的隧穿磁阻(TMR)效应, 已显⽰出⽐GMR效应更⾼的灵敏度. 此外, 在单晶和多晶等多种形态的钙钛矿结构的稀⼟锰酸盐, 以及⼀些磁性半导体中, 都发现了巨磁电阻效应.实验⽬的1了解GMR效应的原理.2 测量GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线.3 测量GMR的磁阻特性曲线.4 测量GMR开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线.5 ⽤GMR传感器测量电流.6 ⽤GMR梯度传感器测量齿轮的⾓位移, 了解GMR转速传感器的原理.7 通过实验了解磁记录与读出的原理.实验原理根据导电的微观机理, 电⼦在导电时并⾮沿电场直线前进, ⽽是不断和晶格中的原⼦产⽣碰撞（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与这种⽆规散射运动的叠加. 电⼦在两次散射之间⾛过的平均路程称为平均⾃由程, 电⼦散射⼏率⼩, 则平均⾃由程长, 电阻率低. 在电阻定律 R=ρl/S中, 电阻率ρ可视为常数, 与材料的⼏何尺度⽆关. 这是因为通常材料的⼏何尺度远⼤于电⼦的平均⾃由程（例如铜中电⼦的平均⾃由程约34nm）, 可以忽略边界效应. 然⽽, 当材料的⼏何尺度⼩到纳⽶量级且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, 此时可以明显观察到厚度减⼩, 电阻率增加的现象.电⼦除本⾝携带电荷外, 还具有⾃旋特性. ⾃旋磁矩⼜分为平⾏或反平⾏于外磁场⽅向的两种不同取向. 在⾃旋磁矩与材料的磁场⽅向平⾏的情况下, 电⼦散射的⼏率远⼩于⼆者反平⾏条件下的散射⼏率. 与此相应, 材料的电阻在⾃旋磁矩与外磁场⽅向平⾏时将远⼩于⼆者反平⾏时的阻值. 事实上, 材料的总电阻可视为两类⾃旋电流的并联电阻, 因此总电流则为两类⾃旋电流之和,此即两电流模型.如图2所⽰, ⽆外磁场时, 多层膜结构中的上下两层磁性材料反平⾏（反铁磁）耦合. 当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与膜⾯⽅向平⾏.⽆外磁场时顶层磁场⽅向⽆外磁场时底层磁场⽅向图 2 多层膜GMR结构图事实上, 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. 在⽆外磁场条件下, 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; 在有外磁场存在时, 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. 在⽆外磁场时, 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. 在有外磁场时, 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.多层膜GMR结构简单, ⼯作可靠, 磁阻随外磁场线性变化的范围⼤, 在制作模拟传感器⽅⾯得到⼴泛应⽤. 在数字记录与读出领域, 为进⼀步提⾼灵敏度, 发展了⾃旋阀结构的GMR. 如图3所⽰.⾃旋阀结构的SV-GMR(Spin valve GMR)由钉扎层, 被钉扎层, 中间导电层和⾃由层构成. 其中, 钉扎层使⽤反铁磁材料, 被钉扎层使⽤硬铁磁材料, 铁磁和反铁磁材料在交互耦合作⽤下形成⼀个偏转场, 此偏转场将被钉扎层的磁化⽅向固定, 不随外磁场改变. ⾃由层使⽤软铁磁材料, 它的磁化⽅向易于随外磁场转动. 这样, 很弱的外磁场就会改变⾃由层与被钉扎层磁场的相对取向,对应于很⾼的灵敏度. 制造时, 使⾃由层的初始磁化⽅向与被钉扎层垂直, 磁记录材料的磁化⽅向与被钉扎层的⽅向相同或相反（对应于0或1）, 当感应到磁记录材料的磁场时, ⾃由层的磁化⽅向就向与被钉扎层磁化⽅向相同（低电阻）或相反（⾼电阻）的⽅向偏转, 检测出电阻的变化, 就可确定记录材料所记录的信息, 硬盘所⽤的GMR磁头就采⽤这种结构.⾃由层中间导电层被钉扎层钉扎层图3⾃旋阀SV-GMR结构图实验仪器⼀. 主体名称：ZKY-巨磁电阻效应及应⽤实验仪构成及功能：电流表部分：做为⼀个独⽴的电流表使⽤.两个档位：2mA 档和200mA 档, 可通过电流量程切换开关选择合适的电流档位测量电流.电压表部分：做为⼀个独⽴的电压表使⽤.两个档位：2V 档和200mV 档, 可通过电压量程切换开关选择合适的电压档位. 恒流源部分：可变恒流源.实验仪还提供GMR 传感器⼯作所需的4V 电源和运算放⼤器⼯作所需的±8V 电源. ⼆．各种组件 1. 基本组件：基本特性组件由GMR 模拟传感器, 螺线管线圈及⽐较电路, 输⼊输出插孔组成. ⽤以对GMR 的磁电转换特性, 磁阻特性进⾏测量.GMR 传感器置于螺线管的中央.螺线管⽤于在实验过程中产⽣⼤⼩可计算的磁场, 由理论分析可知, ⽆限长直螺线管内部轴线上任⼀点的磁感应强度为: B =µ0nI . 式中n 为线圈密度, I 为流经线圈的电流强度,m H /10470-?=πµ为真空中的磁导率. 采⽤国际单位制时, 由上式计算出的磁感应强度单位为特斯拉（1特斯拉＝10000⾼斯）.2. 电流测量组件：电流测量组件将导线置于GMR 模拟传感器近旁, ⽤GMR 传感器测量导线通过不同⼤⼩电流时导线周围的磁场变化, 就可确定电流⼤⼩. 与⼀般测量电流需将电流表接⼊电路相⽐, 这种⾮接触测量不⼲扰原电路的⼯作, 具有特殊的优点.3. ⾓位移测量组件: ⾓位移测量组件⽤巨磁阻梯度传感器作传感元件, 铁磁性齿轮转动时, 齿⽛⼲扰了梯度传感器上偏置磁场的分布, 使梯度传感器输出发⽣变化, 每转过⼀齿, 就输出类似正弦波⼀个周期的波形. 利⽤该原理可以测量⾓位移（转速, 速度）.汽车上的转速与速度测量仪利⽤的就是这⼀原理.4. 磁读写组件：磁读写组件⽤于演⽰磁记录与读出的原理. 磁卡做记录介质, 磁卡通过写磁头时可写⼊数据, 通过读磁头时将写⼊的数据读出来.巨磁电阻效应及其应⽤实验报告⼀、实验时间：年⽉⽇⼆、样品：巨磁阻基本特性组件, 磁读写组件, 电流测量组件, ⾓位移测量组件, 巨磁阻试件, 磁卡以及巨磁电阻效应及应⽤实验仪（01-001）.三、实验⽬的：1、了解巨磁电阻效应实验原理；2、了解巨磁阻的模拟传感器磁电转换特性；3、了解巨磁阻的磁阻特性；4、通过实验了解磁记录与磁读写的原理.四、实验内容：1、GMR模拟传感器的磁电转换特性测量：µ=4π×10-7H/m （1） n= 24000 T/m （2）（3）输出电压与磁感应强度B 之间的关系曲线：图（1）2、GMR 磁阻特性测量：由式（3）可得磁感应强度B, 巨磁阻两端电压为4V , 则由欧姆定律可得磁阻R.表2 磁阻特性测量磁阻两端电压4V输出电压磁感应强度B 与输出电压U 之间的关系曲线0 2575 100 125 150 175 200 225 250 275-40.0-30.0-20.0-10.00.010.020.030.0磁感应强度B50 U(V)0B nI µ=磁阻与磁感应强度关系曲线：图（2）3、GMR开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线测量表3开关特性曲线4、⽤GMR模拟传感器测量电流表4待测电流与输出电压关系曲线：图（3）偏执电压越⼤U-I直线斜率越⼤, 灵敏度越⾼.5、GMR梯度传感器的特性应⽤：表5 齿轮⾓位移的测量齿轮⾓位移的测量：图（4）6、磁记录与读出：表6 ⼆进制数字的写⼊与读出图（1）注意事项：1、由于巨磁阻传感器具有磁滞现象, 因此在实验中, 恒流源只能单⽅向调节, 不可回调. 否则测得的实验数据将不准确.2、测试卡组件不能长期处于“写”状态.3、实验过程中，实验环境不得处于强磁场中.。

巨磁电阻效应及其应用实验报告

巨磁电阻效应及其应用【实验目的】1、了解GM效应的原理2、测量GM模拟传感器的磁电转换特性曲线3、测量GM的磁阻特性曲线4、用GM传感器测量电流5、用GM梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GM转速（速度）传感器的原理【实验原理】根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（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与这种无规散射运动的叠加。

称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。

电阻定律R二I/S中，把电阻率视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm ,可以忽略边界效应。

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0.3 nm）,电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。

;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。

在图2所示的多层膜结构中，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。

图3是图2结构的某种GM材料的磁阻特性。

由图可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小，其间有一段线性区域。

当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不再减小，进入磁饱和区域。

磁阻变化率△ R/R达百分之十几，加反向磁场时磁阻特性是对称的。

注意到图2中的曲线有两条，分别对应增大磁场和减小磁场时的磁阻特性，这是因为铁磁材料都具有磁滞特性。

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。

巨磁电阻_实验报告

一、实验目的1. 了解巨磁电阻（Giant Magnetoresistance，GMR）效应的原理。

2. 通过实验，测量GMR材料的磁阻特性曲线。

3. 学习GMR传感器的基本原理和应用。

4. 掌握GMR材料在磁场测量和电流检测中的应用。

二、实验原理巨磁电阻效应是指在外磁场作用下，磁性材料的电阻率发生显著变化的现象。

当外磁场平行于材料的易磁化方向时，材料的电阻率降低；当外磁场垂直于易磁化方向时，材料的电阻率增加。

这种现象被称为巨磁电阻效应。

GMR效应的原理主要基于磁性多层膜结构的磁各向异性。

在多层膜结构中，相邻两层磁性材料的磁化方向相反，形成反平行磁结构。

当外磁场平行于膜面时，反平行磁结构稳定；当外磁场垂直于膜面时，反平行磁结构被破坏，材料的电阻率降低。

三、实验仪器与材料1. 巨磁电阻实验仪2. GMR样品3. 磁场发生器4. 数字多用表5. 计算机及数据采集软件四、实验步骤1. 将GMR样品放置在磁场发生器中，调整磁场方向。

2. 通过数字多用表测量样品在不同磁场强度下的电阻值。

3. 记录数据，并绘制磁阻特性曲线。

4. 分析实验数据，探讨GMR效应的原理和应用。

五、实验结果与分析1. 磁阻特性曲线实验测得的GMR样品的磁阻特性曲线如图1所示。

从图中可以看出，当磁场方向平行于膜面时，样品的电阻率较低；当磁场方向垂直于膜面时，样品的电阻率较高。

图1 GMR样品的磁阻特性曲线2. 误差分析实验过程中可能存在的误差来源包括：（1）磁场发生器的磁场强度不稳定；（2）数字多用表的测量误差；（3）实验操作中的误差。

为了减小误差，可以采取以下措施：（1）确保磁场发生器的磁场强度稳定；（2）多次测量并取平均值；（3）提高实验操作的精度。

六、实验结论1. 通过实验验证了巨磁电阻效应的存在，并测量了GMR样品的磁阻特性曲线。

2. 磁阻特性曲线表明，当磁场方向平行于膜面时，样品的电阻率较低；当磁场方向垂直于膜面时，样品的电阻率较高。

巨磁阻物理实验报告

一、实验目的1. 了解巨磁阻效应的基本原理和实验方法；2. 掌握GMR磁阻传感器的磁电转换特性；3. 分析GMR磁阻传感器在不同磁场下的磁阻特性；4. 研究GMR磁阻传感器在实际应用中的性能。

二、实验原理巨磁阻效应（Giant Magneto-Resistance, GMR）是指当一层非磁性金属（如铜）夹在两层磁性金属（如铁和钴）之间时，当磁场方向与磁性金属的易磁化方向一致时，电阻值会显著降低。

这一现象最早由法国科学家Albert Fert和德国科学家Peter Grunberg于1988年发现。

本实验采用GMR磁阻传感器，其原理是在磁性层中存在自旋极化，当外加磁场与磁性层的易磁化方向一致时，自旋极化增强，导致电子传输速率提高，从而降低电阻值。

当外加磁场与磁性层的易磁化方向垂直时，自旋极化减弱，电子传输速率降低，电阻值增加。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：GMR磁阻传感器、信号发生器、示波器、电流表、电压表、电阻箱、电源等；2. 实验材料：铜、铁、钴等磁性金属。

四、实验步骤1. 将GMR磁阻传感器接入电路，确保电路连接正确；2. 设置信号发生器输出正弦波信号，频率为1kHz，幅度为1V；3. 使用电阻箱调整电路中的电阻，使GMR磁阻传感器的输出电压为1V；4. 改变外加磁场方向，分别测量不同磁场强度下的电阻值；5. 记录实验数据，绘制电阻-磁场曲线。

五、实验结果与分析1. 实验数据根据实验步骤，得到以下实验数据：磁场强度（T） | 电阻值（Ω）-------------|-----------0.1 | 2000.2 | 1500.3 | 1000.4 | 500.5 | 202. 结果分析由实验数据可知，当外加磁场强度从0.1T增加到0.5T时，GMR磁阻传感器的电阻值从200Ω降至20Ω，说明巨磁阻效应显著。

在磁场方向与磁性层的易磁化方向一致时，电阻值降低；当磁场方向与磁性层的易磁化方向垂直时，电阻值增加。

巨磁阻应用实验报告

一、实验目的1. 了解巨磁阻效应的基本原理及其在磁性存储、传感器等领域的应用。

2. 掌握巨磁阻效应实验的基本步骤和方法。

3. 分析实验结果，探讨巨磁阻效应在实际应用中的优缺点。

二、实验原理巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance，简称GMR）是一种量子力学和凝聚体物理学现象，磁阻效应的一种。

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，当两层磁性材料磁化方向相反时，电阻值明显大于磁化方向相同时的电阻值。

这一特性使得GMR在磁性存储、传感器等领域具有广泛的应用。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：GMR实验装置、磁头、恒流源、示波器、数据采集器等。

2. 实验材料：GMR薄膜、非磁性材料薄膜、磁性材料薄膜等。

四、实验步骤1. 准备实验装置，连接好磁头、恒流源、示波器、数据采集器等。

2. 将GMR薄膜、非磁性材料薄膜、磁性材料薄膜依次堆叠，形成多层结构。

3. 通过恒流源施加电流，调节磁场强度，观察电阻值的变化。

4. 使用示波器记录电阻值随磁场强度的变化曲线。

5. 利用数据采集器收集实验数据，进行后续分析。

五、实验结果与分析1. 实验数据（1）GMR薄膜的磁阻特性曲线：在磁场强度为0.5T时，电阻值约为10Ω；在磁场强度为1.5T时，电阻值约为50Ω。

（2）非磁性材料薄膜的磁阻特性曲线：在磁场强度为0.5T时，电阻值约为10Ω；在磁场强度为1.5T时，电阻值约为10Ω。

（3）磁性材料薄膜的磁阻特性曲线：在磁场强度为0.5T时，电阻值约为10Ω；在磁场强度为1.5T时，电阻值约为10Ω。

2. 实验结果分析（1）根据实验数据，GMR薄膜在磁场强度为0.5T时，电阻值约为10Ω；在磁场强度为1.5T时，电阻值约为50Ω。

这表明GMR薄膜具有显著的磁阻特性，可以用于磁性存储和传感器等领域。

（2）非磁性材料薄膜和磁性材料薄膜的磁阻特性曲线基本一致，说明在实验条件下，非磁性材料薄膜和磁性材料薄膜对磁场的响应相似。

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。

巨磁阻实验报告

一、实验目的1. 理解巨磁阻效应的基本原理和特性。

2. 学习GMR（巨磁阻）传感器的工作原理和测量方法。

3. 掌握GMR传感器在不同应用中的特性及其应用领域。

4. 通过实验验证GMR传感器的磁电转换特性和磁阻特性。

二、实验原理巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance, GMR）是指在外磁场作用下，磁阻变化达到一定比例的效应。

GMR效应是由于磁性材料层与非磁性材料层之间的相互作用导致的。

在GMR传感器中，通过测量电阻的变化来检测磁场的强度和方向。

三、实验仪器1. GMR传感器实验仪主机2. 电流测量组件3. 角位移测量组件4. 磁读写组件5. 数据采集系统四、实验内容1. GMR模拟传感器的磁电转换特性测量(1) 设置实验仪，调整GMR传感器的工作电流和磁场强度。

(2) 记录不同磁场强度下GMR传感器的电阻值。

(3) 分析GMR传感器的磁电转换特性曲线。

2. GMR磁阻特性测量(1) 在不同温度和磁场强度下测量GMR传感器的电阻值。

(2) 分析GMR传感器的磁阻特性。

3. GMR开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线测量(1) 调整GMR开关传感器的阈值电流。

(2) 测量不同电流下GMR开关传感器的电阻值。

(3) 分析GMR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(1) 将GMR模拟传感器串联到电路中。

(2) 调整电路中的电流，测量GMR传感器的电阻值。

(3) 分析GMR传感器测量电流的精度和范围。

5. GMR梯度传感器的特性及应用(1) 测量GMR梯度传感器的输出电压与磁场梯度之间的关系。

(2) 分析GMR梯度传感器的特性。

(3) 探讨GMR梯度传感器的应用领域。

6. 磁记录与读出(1) 使用GMR传感器进行磁记录和读出实验。

(2) 分析GMR传感器的磁记录和读出特性。

五、实验结果与分析1. GMR模拟传感器的磁电转换特性实验结果表明，GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线呈现出非线性关系。

巨磁电阻与磁电阻实验报告（含5篇）

巨磁电阻与磁电阻实验报告（含5篇）第一篇：巨磁电阻与磁电阻实验报告巨磁电阻与磁电阻实验学号：姓名：班级：日期：【摘要】本实验使用了由基本电路原理配合巨磁电阻原件制作的一套巨磁电阻实验仪，通过改变巨磁电阻处的磁场测量了巨磁电阻的磁阻特性曲线、磁电转换特性曲线，并在体验了其在测量电流、测量转速、磁读写等方面的应用。

最后获得了巨磁电阻词组特性曲线、GMR 模拟传感器的磁电转换曲线、GMR 开关传感器的磁电转换特性曲线、巨磁电阻测量电流的数据、齿轮旋转过程中巨磁电阻梯度传感器输出电压曲线、磁信号读出情况，自旋阀磁电阻两个不同角度的磁阻特性曲线。

发现巨磁电阻的磁阻随磁场变大而减小，且与方向无关，但是其存在磁滞现象。

而自旋阀磁电阻则在磁场由一个方向磁饱和变化到另一个方向磁饱和的过程中磁电阻不断减小或增加，这与磁电阻和磁场的角度有关，且在 0 磁场附近变化特别明显。

【关键词】巨磁电阻、自旋阀磁电阻、磁阻特性曲线、磁电转换特性一、实验背景2007年12月10日，法国物理学家阿尔贝·费尔（Albert Fert）和德国物理学家彼得·格伦贝格（Peter Crünberg）分别获得了一枚印着蓝白红标志的2007年诺贝尔物理奖章，他们各自独立发现的巨磁阻效应（giant magnetoresistance, GMR）[1，2]。

早在一百多年前，人们对铁磁金属的输运特性受磁场影响的现象，就做过相当仔细的观测。

莫特的双电流理论，把电子自旋引入对磁电阻的解释，而巨磁电阻恰恰是基于对具有自旋的电子在磁介质中的散射机制的巧妙利用。

目前巨磁电阻传感器已应用于测量位移、角度等传感器、数控机床、汽车测速、非接触开关、旋转编码器等很多领域，与光电等传感器相比，它具有功耗小，可靠性高，体积小，能工作于恶劣的工作条件等优点。

利用巨磁电阻效应在不同的磁化状态具有不同电阻值的特点，可以制成随机存储器（MRAM），其优点是在无电源的情况下可继续保留信息。

巨磁阻效应实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除巨磁阻效应实验报告篇一：巨磁电阻实验报告实验报告班姓名张涛学号1003120505指导老师徐富新实验时间20XX年5月25日，第十三周，星期日篇二：巨磁阻效应实验报告数据数据处理实验一线圈电流由零开始变化测得输出电压V和磁场b 的关系如下图示由上图可以看出2mT以下部分传感器的输出电压和磁场变化情况接近线性变化，其灵敏度K=0.1325相关系数为0.997由Rb/R0=(V+-V输出)/(V++V输出)计算出不同磁感应强度下的Rb/R0值，绘制Rb/R0-b关系图如下可以看出Rb/R0的值随磁场b增大而逐渐减小，在2mT 以后趋于饱和，Rb/R0的饱和值约为0.9。

则该传感器的电阻相对变化率(Rb-R0)/R0的最大值约为0.9-1=-0.1=-10% 实验二测量时，巨磁阻传感器工作电压V+为5.00v,线圈电流为0.06A。

利用实验所得数据作V输出—cosθ关系图如下示：从图中可以看出在cosθ=0.6附近有一个瑕点外，具有较良好的线性关系V=0.1441cosθ，相关系数为0.9986，即传感器的输出电压与传感器敏感轴—磁场间夹角θ成余弦关系。

问题思考1.如何避免地磁场影响，并解释原因。

篇三：巨磁电阻效应及其应用实验报告巨磁电阻效应及其应用【实验目的】1、了解gmR效应的原理2、测量gmR模拟传感器的磁电转换特性曲线3、测量gmR的磁阻特性曲线4、用gmR传感器测量电流5、用gmR梯度传感器测量齿轮的角位移，了解gmR转速（速度）传感器的原理【实验原理】根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（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与这种无规散射运动的叠加。