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。(2)按交叉耦合效应：分为磁光、磁热、磁致收缩、旋磁、吸波材料。按反常霍尔效应：分为铁电、铁磁、巨磁阻抗材料等。(3)按与自旋相关的输运性质：有自旋电子学材料。按化学组成分类：可分为金属(合金)、无机(氧化物)、有机化合物以及其复合磁性材料。按维度分类：可分为纳米(零维、一维、二维)、颗粒膜、非晶、纳米微晶、块体磁性材料。按磁有序结构分类：可分为铁磁、亚铁磁、反铁磁、超顺磁材料。按应用分类：可分为永磁、软磁、磁记录、旋磁、磁致收缩、磁传感器、隐身、磁制冷等材料。
巨磁电阻效应（GMR） 磁电阻效应(Magnetoresistance，MR)是指材料在外磁场下电阻发生改变的物理现象。150年前T.Thomson首次发现，常规的铁磁材料，如铁、钴、镍，它们的电阻与磁场和电流的相对方向相关，被称为各向异性磁电阻效应(Anisotropic Magnetoresistance，AMR)。现在，已经知道AMR效应源于电子的自旋一轨道耦合作用，通常铁磁材料的磁电阻效应很小，只有百分之几。 磁电阻效应在技术应用中非常重要，特别是在硬盘中作为读出头，探测硬盘每个磁存储单元产生的微弱磁场。1956年，IBM的科学家Reynold Johnson发明了世界上第一个计算机硬盘。当时采用电磁感应的方法读写信息，这种方法需要存储单元产生较强的磁场，因此存储单元很大，密度很小，最大只能达到20 Mb／in2。直到20世纪80年代末期，IBM在技术上实现了突破，成功地在硬盘读出头中使用磁电阻效应，增强了读出头的磁场灵敏度，使得硬盘的存储密度大幅度提高，达到了5 Gb／in2。在1988年之前，人们通常认为磁电阻效应很难再在Thomson的基础上有大的提高，磁场传感器的灵敏度不可能再有质的飞跃，进而大幅度的提高硬盘的存储密度，这意味着磁盘技术将被光盘所淘汰。因此，当1988年Albert Fert和Peter Grunberg分别领导的两个独立的研究小组在磁性多层膜中发现了巨磁电阻效应时，立刻引起了科学家与企业界的关注。所谓巨磁电阻效应，是指材料在一个微弱的磁场变化下产生很大电阻变化的物理现象。2007年诺贝尔物理学奖授予了独立发现该效应的法国科学家Albert Fert和德国科学家Peter Grunberg。利用材料的巨磁电阻效应，研制出了新一类磁电阻传感器—GMR传感器。与传统的磁阻传感器相比，GMR传感器具有灵敏度高、可靠性好、测量范围宽、抗恶劣环境、体积小等优点，有广泛的应用前景。 巨磁电阻效应是在由铁磁和非磁金属材料重复堆叠而成的磁性多层膜中发现的，其中每一层的厚度只有几个原子层。Albert Fert和Peter Grunberg不仅在实验中观察到了很强的磁电阻效应，更重要的是他们还把这种现象归因为一种全新的物理机制，是与已知的各向异性磁电阻效应完全不同的物理机制。Fert在他的原文章题目中就已经将这种效应命名为“巨磁电阻效应”，后来这一名称一直被人们沿用。Grunberg还意识到这种效应在技术应用中的可能性，申请了专利。 实际上，在他们两个研究组发现巨磁电阻效应之前，就已经有一些研究组研究类似体系的磁电阻效应。但是，他们都没有敏锐的认识到这类磁电阻效应是由于一种新的物理机理产生或是一种新的效应。因此，这些研究成果没有被公认为巨磁电阻效应的发现，也就非常遗憾的与诺贝尔奖失之交臂。 从巨磁电阻效应的发现开始，对磁性薄膜的研究完全转入了磁电子学的研究。仅仅6年之后，1994年IBM的科学家Stuart Parkin根据这一物理原理，研制出灵敏度很高的硬盘读出磁头，将硬盘存储密度一下子提高了17倍。3年之后，IBM 就推出了基于巨磁电阻效应的商业化的硬盘产品。在接下来的20年里，硬盘容量迅速提高，单位存储成本大大降低。现在，几百Gb的硬盘已经被配置到大多数的电脑里。2004年，希捷公司在硬盘读出头中开始采用隧道磁电阻效应。这是在巨磁电阻效应的基础上发展起来的新技术，具有更大的磁电阻效应。每一次新的技术的引进都导致硬盘存储密度的大幅度提高，巨磁电阻效应的发现和应用使得硬盘技术发生了革命性的变化，促成了上百亿美元的产业。 巨磁电阻效应的发现打开了新的科学和技术的大门，特别是对数据存储和磁传感器产生了巨大影响。巨磁电阻效应的发现及其应用，是一个科学新发现带来全新技术和商业产品的很好示例。
巨磁电阻效应的应用及展望 巨磁电阻效应从被发现至今，已经有了很广泛的应用，在这里我们简单介绍GMR效应在以下三个方面的应用。 巨磁电阻传感器 传统磁电阻传感器主要有半导体(InSb)及软磁合金两种。半导体磁电阻元件具有MR大及线性度好的优点，但所需磁场较高，温度稳定性较差；软磁合金薄膜元件饱和场低，故低场灵敏度高，但其MR数值不高GMR元件具有巨大的GMR值和较大的磁场灵敏度等特点，用来替代传统磁电阻传感器，可大大提高传感器的分辨率、灵敏度、精确性等指标。特别是在微弱磁场的传感方面。则显示出了更大的优越性。采用GMR材料制作磁性旋转编码器，除具有灵敏度高、准确性好的特点外，还具有耐高温、耐腐蚀等恶劣环境的能力，可替代耐恶劣环境能力差的光电式编码器。而广泛用于汽车电子技术、机电一体化控制等领域的位移、速度、加速度、角度、转速传感器。IBM公司的Parker等对基于NiFe／Ag的各种类型多层膜GMR的性能及优缺点进行了广泛的研究和综合比较，对于开发GMR传感器具有积极的指导作用。 高密度和超高密度磁记录读磁头 传统电磁感应式磁头，在读取高密度磁记录信息时，信噪比已不能满足要求，因为此时对应于每个记录位的磁通量是微弱的 如果采用薄膜磁电阻磁头读取信息，磁场的微弱变化对应着磁电阻的显著变化，是读取高密度磁记录信息较理想的手段。但普通薄膜磁电阻磁头的各向异性磁电阻(AMR)最大不超过6%，磁电阻变化的磁场灵敏度最大约为0．4%／Oe，所需外场约400A／m。这些特性使得普通薄膜磁电阻磁头，如NiFe合金薄膜 所能实现的磁记录信息的密度仍受到一定的限制，迄今所获得的最高水平为3Gb／in2。而巨磁电阻薄膜的GMR在室温下可达l0%～30%，磁场灵敏度可达1～8%／Oe。因而在超高密度磁记录读磁头上极具竞争力。 1994年IBM公司宣布首次利用GMR多层膜研制成计算机硬盘读出磁头，可使磁盘系统的记录密度达到10Gb／in2，超过现有光盘记录密度。 GMR随机存储器(MRAM) 目前计算机RAM多采用si集成电路组成的易丢失性的动态及静态随机存储器(DRAM及SRAM)，DRAM存储量大，价格低，但速度较慢(约10 ms量级)；SRAM的速度可达纳秒量级，但存储密度稍低且价格较贵。前几年，利用各向异性磁电阻开发出了不易丢失性的磁电阻存储器(MRAM)，它具有非破坏性读出信息和耐辐射等特点。但在存储量和存储速度等方面却无法与DRAM相比巨磁电阻效应的发现，给这一类磁电子器件带来了新的曙光并使之得到高速的发展。Pohm和Brown等利用GMR在0．9cm2的面积上实现了l6Mhit的MRAM及由此在一个6in盘片上获得了一个存储量达256Mbyte的随机存储器。Tang等报导了基于自旋阀的MRAM单元设计方案，它采用NiFe／cu／NiFe／MnFe自旋阀巨磁电阻多层膜作为存储单元条，其中一层磁性层的磁性被反铁磁性的MnFe层钉扎。另一层则成为磁性自出层。当单元条的宽度小于磁畴畴壁厚度(约1um)时，磁性自由层表现出单畴磁性，即它只存在两种磁化状态，而没有任何中间态，这样，整个单元条的电阻也将只呈现两种状态。因此，这种结构的存储单元具有非常快的存储速度。对于1um×6um单元条存储试验回路，当输入4mA电流时，可产生30mV的差值电压，亦即5mV／um，其存储密度高于一般SRAM ；单元条的开关时间小于2ns(主要受试验回路RC时间常数限制)。其速度高于一般DRAM，可与一般SRAM相比拟。 GMR效应的发现距今只不过十几年的时间，但它无论在基础研究上，还是在应用开发上都取得了长足的进展，充分显示出这种新型功能材料旺盛的生命力和广阔的应用背景。另外，GMR薄膜材料大多采用磁控溅射技术制备，使得GMR元件的制造既可以与半导体集成电路制造工艺相兼容，又便于工业化批量生产。可以预见，在未来几十年，GMR效应的利用将对电子工业及材料工业产生广泛而深远的影响。
巨磁电阻文档
巨磁电阻什么是巨磁电阻？巨磁电阻（Giant Magnetoresistance，简称GMR）是一种基于磁场对导电性质的影响而产生的电阻效应。
巨磁电阻的发现在科学和工程领域引起了广泛的关注，特别是在磁存储和传感器技术中有着重要的应用。
与常规的电阻不同，巨磁电阻是通过在导电薄膜中引入磁性材料层来实现的。
当磁场施加到这些导电薄膜中时，电阻的值会发生变化。
这种变化可以通过测量电阻的大小来检测和量化外加磁场的作用。
巨磁电阻的原理巨磁电阻现象的存在是由于磁性材料的电子构型。
磁性材料中的电子在未受到外加磁场时有着不同的自旋方向。
当一个外加磁场施加到这些材料上时，电子的自旋方向会重新排列，导致电子的运动受到限制。
这种限制会导致材料的电阻值发生变化。
更具体地说，巨磁电阻是由于磁性层与非磁性层之间的自旋控制相互耦合而产生的。
在常规情况下，自旋方向不同的电子会发生散射，导致电阻增加。
然而，在巨磁电阻结构中，磁性层的自旋可以干预非磁性层电子的自旋取向，从而减少了自旋散射。
这种减少导致了巨磁电阻的降低。
巨磁电阻的应用巨磁电阻的研究不仅对电子学领域有重要意义，而且在实际应用中也有着广泛的用途。
磁存储器：巨磁电阻的发现推动了硬盘驱动器的发展。
传统的硬盘驱动器使用了机械式的磁读写头来存取数据，而基于巨磁电阻效应的磁存储器使用了读头中的巨磁电阻元件。
这种元件可以响应磁场的变化，从而实现数据的读取和写入。
相比传统的硬盘驱动器，基于巨磁电阻的磁存储器具有更高的速度、更大的容量和更低的功耗。
传感器技术：巨磁电阻也在传感器技术中发挥着重要的作用。
基于巨磁电阻的传感器可以感知周围的磁场，并将其转化为电阻值的变化。
这种变化可以通过测量电阻来检测和量化磁场的强度和方向。
因此，巨磁电阻传感器广泛应用于地理导航、汽车行驶方向检测等领域。
生物医学应用：巨磁电阻也在生物医学应用中找到了应用。
例如，巨磁电阻效应可用于测量生物体内的磁场，如心脏的磁场和脑部电活动。
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。
【2017年整理】巨磁阻效应的原理及应用
【2017年整理】巨磁阻效应的原理及应用巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance, GMR）是一种物理现象，指在特定条件下，铁磁或亚铁磁材料中的磁电阻发生显著变化的现象。
这种现象在工业和科研领域具有广泛的应用价值，因此了解其原理及在各领域的应用十分重要。
一、巨磁阻效应的原理巨磁阻效应主要由以下几个因素决定：1.交换耦合：当两个磁性材料之间有耦合作用时，它们的磁矩会互相影响。
在特定的条件下，这种耦合作用会使材料的磁电阻发生显著变化。
2.层状结构：巨磁阻材料通常采用多层膜结构，其中每一层都可以作为电流通道。
当电流垂直于膜面流动时，各层中的磁矩会相互作用，导致电阻发生变化。
3.钉扎场：钉扎场是指材料内部由于杂质、缺陷或其他因素引起的局部磁场。
当电流在材料中流动时，钉扎场会对电流产生散射作用，导致电阻增加。
二、巨磁阻效应的应用巨磁阻效应在多个领域具有广泛的应用价值，以下是几个主要应用领域：1.硬盘读取头：巨磁阻材料制成的硬盘读取头是现代计算机和数据中心的核心组件之一。
由于其具有高灵敏度和低噪音的特性，使得硬盘读取头的读取速度和准确性得到大幅提升。
2.磁传感器：巨磁阻材料制成的磁传感器在医疗、工业和科研领域得到广泛应用。
例如，在医疗领域中，磁传感器可用于检测人体内的金属物体和进行磁场导航；在工业领域中，磁传感器可用于检测电动机和发电机的转子位置；在科研领域中，磁传感器可用于研究物质的磁性和电磁场分布。
3.磁场探测器：巨磁阻材料制成的磁场探测器可用于检测弱磁场和高精度测量磁场方向和大小。
例如，在地球物理勘探、生物医学和核磁共振等领域，磁场探测器具有重要应用价值。
4.磁记忆材料：巨磁阻材料制成的磁记忆材料具有高密度、高速度和高可靠性等优点，可用于数据存储和逻辑运算等领域。
与传统的半导体存储器相比，磁记忆材料具有更高的存储密度和更长的使用寿命。
5.磁场调控：巨磁阻效应还可以用于调控磁场分布和方向，从而在多个领域具有潜在的应用价值。
巨磁阻效应,霍尔效应原理
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。
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)
பைடு நூலகம் 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）
巨磁阻效应
巨磁阻效应发展的奠基人
法国科学家阿尔贝· 费尔和德国科学家彼得· 格林贝格尔 因1988年先后各自独立发现“巨磁电阻”效应而共同获得2007 年诺贝尔物理学奖。
阿尔贝· 费尔
彼得· 格林贝格尔
三、巨磁阻效应的应用
巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研制使 硬磁盘的体积更小和更灵敏的数据读出头。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。
硬磁盘存储器的结构
磁记录原理和记录方式
• 磁记录中的“位”和二进制信息中的“位 ”大多数情况下都是对应的：大多数情况 下磁场方向代表“0”，而它的反向磁场代表 “1”，这是一种最容易理解的信号调制方式 ，是很可靠的一种理论理解，可以在理论 分析的时候使用。
原理图
磁记录方式 写入数据
写线圈 I 铁芯 磁通 写线圈 I
二、效应发现
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：有些磁性材料在 非常弱小的磁性变化下就能导致发生非常显 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。
二、请利用巨磁阻材料，设计一个可以实现“通” 、和“断”的装置，并分析该装置可能的一些应用
。
•
“通”和”断“在电脑磁盘读取数据中的设计 图
谢谢大家！
组长：张羲 组员：赵玉平，陈烜，张超，张荣贵，李若 恒，叶顺。
巨磁阻效应及其应用
一、什么是巨磁阻效应？
平行磁化方向(低阻态)
相反磁化方向(高阻态)
巨磁阻效应是指当铁磁材料和非磁性金属层交替组合成的材料在
足够强的磁场中时,电阻突然巨幅下降的一种现象。如果相邻材料中的 磁化方向平行的时候，电阻会变得很低；而当磁化方向相反的时候电 阻则会变得很大。电阻值的这种变化是由于不同自旋的电子在单层磁 化材料中的散射性质不同而造成的。
巨磁电阻的原理的作用
巨磁电阻的原理的作用巨磁电阻（Giant Magnetoresistance，GMR）是一种利用磁电阻效应来实现电阻变化的新型材料。
它是由物理学家A. Fert和P. Grunberg于1988年独立发现的，并于2007年因此获得了诺贝尔物理学奖。
巨磁电阻的原理主要基于两种不同的磁性材料层之间的自旋极化效应和电子面积散射的相互作用。
自旋是电子的一种内禀自由度，它类似于电子围绕核自旋的自旋成对，但自旋只有两个可能的方向：向上和向下。
巨磁电阻由两个层组成，一个为磁性层，另一个为非磁性层。
这两个层之间存在一种称为自旋探测层的薄层，用于检测磁场的变化。
当磁场的方向与自旋探测层内的自旋极化方向夹角发生变化时，会导致电阻值的改变。
这种磁场引起的电阻变化称为磁电阻效应。
巨磁电阻的作用主要表现在以下几个方面：1. 磁存储器：巨磁电阻可以被应用于磁存储器中，例如硬盘驱动器和磁带。
在数据读取和写入过程中，磁场的变化可以通过巨磁电阻的变化来解析和传输。
这种巨磁电阻效应使得磁存储器在存储密度、读取速度和稳定性方面有了显著提升。
2. 传感器：巨磁电阻被广泛应用于磁传感器中，例如指南针、磁敏电阻(MR)传感器和地震传感器等。
这些传感器通过检测磁场的变化来测量物理量，如位置、方向和振动等。
巨磁电阻具有高灵敏度和线性响应的优势，使得传感器的性能得到了大幅提升。
3. 电子设备：巨磁电阻的高灵敏度和可调性使其被应用于电子设备中，如磁传感器芯片、磁性写头和磁性随机存储器等。
这些应用领域中，巨磁电阻的优势在于其低功耗、小体积、高工作速度和长寿命等特点。
4. 生物医学：巨磁电阻也被应用于生物医学领域，如磁共振成像（MRI）和生物传感器等。
在MRI中，巨磁电阻可用于探测磁场的变化以图像化内部结构。
生物传感器方面，利用巨磁电阻可以实现对生物体内生物分子的检测和诊断，具有高灵敏度和快速响应的特点。
总之，巨磁电阻的原理通过利用磁电阻效应实现了电阻的变化，将其应用于磁存储器、传感器、电子设备和生物医学等领域。
与巨磁电阻效应有关的实例
与巨磁电阻效应有关的实例巨磁电阻效应（Giant Magnetoresistance，GMR）是一种发现于1988年的新型磁电效应，它由两种不同磁性材料层之间的干涉效应引起。
巨磁电阻效应的发现对磁存储技术和传感器技术的发展产生了革命性的影响。
本文将分别介绍巨磁电阻现象的发现背景、原理和应用。
巨磁电阻效应的发现背景：20世纪80年代，磁存储技术取得了长足的进步，但在存储密度和读取速度方面仍面临一些困难。
在这个时期，费尔米实验室的研究人员发现了一种具有非常高的磁电阻效应的材料结构，这就是巨磁电阻效应的起源。
巨磁电阻效应的原理：巨磁电阻效应是由两种不同磁性材料之间的干涉效应引起的。
一般情况下，当电流通过一个导体时，由于电子的自旋和电荷之间的耦合作用，形成了自旋极化电流。
当这个自旋极化电流通过一个磁性材料时，会导致电子的自旋在磁场作用下发生偏转。
如果两个磁性材料之间的自旋偏转方向相同，电子在这两个材料之间的散射会变得更加容易，电阻就会增加。
相反，如果两个磁性材料之间的自旋偏转方向相反，电子在这两个材料之间的散射会变得更加困难，电阻就会减小。
这就是巨磁电阻效应的基本原理。
巨磁电阻效应的应用：巨磁电阻效应的发现对磁存储技术和传感器技术产生了革命性的影响。
在磁存储技术方面，巨磁电阻效应被应用于读取头的设计中，可以提高存储密度和读取速度。
相对于传统的磁性材料，具有巨磁电阻效应的磁性材料可以提供更高的磁电阻比，使得读取头可以更容易地检测到磁性介质上的信息。
这种技术的应用使得硬盘驱动器的存储容量和读取速度得到了显著提高。
在传感器技术方面，巨磁电阻效应被应用于磁敏传感器的设计中。
巨磁电阻传感器可以用于测量磁场的强度和方向，因此在许多领域有着广泛的应用，例如磁存储器、电动汽车、无线通信、生物医学和航天航空等领域。
巨磁电阻传感器具有高灵敏度、高分辨率和快速响应的特点，可以满足各种应用的需求。
总结：巨磁电阻效应作为一种新型磁电效应，由两种不同磁性材料之间的干涉效应引起。
巨磁电阻材料的性质和应用研究现状
第二类自旋阀示意图
自旋阀旳优点与缺陷
优点：磁电阻变化率∆R/R对外磁场旳响应呈线性关系，频 率特征好；低饱和场，工作磁场小；与AMR相比，电阻随 磁场变化迅速，因而操作磁通小，敏捷度高；利用层间转 动磁化过程能有效地克制Barkhausen噪声，信噪比高。
缺陷：自旋阀多层膜旳磁电阻变化量并不大，同步目前面 临旳最大问题是它旳抗腐蚀和热稳定性都不太好。
“钉扎层” “被钉扎层”
“分隔层” “自由层”
第一类自旋阀示意图
实例分析：
Ta FeMn（7nm） NiFe（4.5） Cu（2.2nm） NiFe（6nm）
NiFe（6nm）/Cu（2.2nm）/NiFe（4.5） /FeMn（7nm）自旋阀示意图
在磁场强度等于NiFe（6nm）层旳反向矫顽力旳外场作 用下， NiFe（6nm）层中旳磁化矢量首先翻转，这时， 在两个NiFe层中旳磁化矢量成反平行排列，这就形成 了电子自旋有关散射旳高电阻态。假如磁场在反方向上 继续增长，当磁场强度到达某一临界值时， NiFe （4nm）层也转向磁场方向，这就形成了电子自旋有关 旳低电阻态。
就目前研究热点旳几类GMR材料, 能够说是各有 特点。
已发觉具有GMR效应旳材料主要有多层膜、自旋 阀、纳米颗粒膜、磁性隧道结、非连续多层膜、 氧化物陶瓷、熔淬薄带等。
多层膜
多种铁磁层（Fe、Ni、Co及其合金）和非磁层（涉 及3d、4d、以及5d非磁金属）交替生长而构成旳磁性多 层膜，大多都具有GRM效应，其中尤以多晶（Co/Cu） 多层膜旳磁电阻效应最为突出。室温、1T磁场下GMR 值为70%，远不小于多晶（Fe/Cr）。
自旋阀旳磁化曲线（a）和磁电阻曲线（b）
【2017年整理】巨磁阻效应的原理及应用
【2017年整理】巨磁阻效应的原理及应用
巨磁阻效应，也称为巨磁电阻效应，是一种在磁场中通过材料产生电阻变化的现象。
这种现象在诺贝尔物理学奖中也得到了高度的重视。
这个现象被广泛地应用于传感器和磁存储器等领域。
巨磁阻效应的原理是通过运用材料磁电阻效应来实现的，其中涉及到了磁导率及磁相的变化。
在巨磁阻效应的材料中，主要是利用了铁磁体与非磁体之间的交替排列。
铁磁体面对磁场的导磁率要高于非磁体，在磁场中，磁力线会挤压铁磁体并且让自由电子的活动空间更小，电子的运动受到磁力线的影响也就越来越弱，因此阻力增大，使电阻率发生了变化。
巨磁阻效应被应用到传感器中的原理是将磁场信号转换成电阻变化信号。
传感器将磁场转换成电阻，从而通过实时测量电阻变化来确定磁场强度。
巨磁阻效应也被广泛应用于磁存储器的读写头中。
在磁存储器中，通过记录小磁场的相对方向来记录数字信息，而磁读头的读取则是通过测量磁场来实现的。
磁读头中借助巨磁阻效应来检测记录的数字，探针接收到来自介质表面所反射的信号，将信号转换成电阻变化信号，进而形成数字信息识别和读写的过程。
巨磁阻效应不单单只应用于磁存储器和传感器领域，它还可以被应用到其他领域，例如在生产线上的质量检测和转换设备上的电子分类等领域，逐渐地将其应用范围拓展到了其他领域中。
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。