巨磁阻效应的原理及应用
巨磁电阻的应用
参考文献
[1] 钟喜春,曾德长,魏兴钊,顾正飞. 巨磁电阻材料的研究 与应用[J]. 金属功能材料. 2002(03) [2] 赵燕平,由臣,宁保群. 巨磁电阻材料及应用[J]. 天津理 工学院学报. 2003(03) [3] 于广华,朱逢吾,赖武彦. 巨磁电阻材料及其在汽车传感 技术中的应用[J]. 新材料产业. 2003(08)
三巨磁电阻材料的应用现状1巨磁电阻传感器2巨磁阻磁记录读出磁头3巨磁电阻随机存储器mram1巨磁电阻传感器巨磁电阻传感器采用惠斯登电桥和磁屏蔽技术传感器基片上镀了一层很厚的磁性材料这层材料对其下方的巨磁电阻形成屏蔽不让任何外加磁场进入屏蔽的电阻器
一、巨磁电阻效应的定义
所谓巨磁电阻效应,是指材料的电阻率将受磁化状态 的变化而呈现显著改变的现象。一般定义为 GMR=[(P0-PH)/P0]×100% 其中,PH为在磁场H作用下材料的电阻率,P0指无外磁场作 用下材料的电阻率.
三、巨磁电阻材料的应用现状
1、巨磁电阻传感器 2、巨磁阻磁记录读出磁头 3、巨磁电阻随机存储器(MRAM)
1、巨磁电阻传感器
巨磁电阻传感器采用惠斯登 电桥和 磁屏蔽技术，传感器基 片上镀了一层很厚的磁性材料， 这层材料对其下方的巨磁电阻形 成屏蔽，不让任何外加磁场进入 屏蔽的电阻器。惠斯材料上方，受外加磁 场影响是电阻减少，而R2和R4 在磁性材料下方，被屏蔽阻值不 变。
巨磁电阻传感器由于具有巨大的GMR值和较大的磁场 灵敏度,表现出更强的竞争能力。 它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,如可用于伪钞识别器等方 面,则显出更大的优势。更广泛的应用是各类运动传感器, 如对位置、速度、加速度、角度、转速等的传感,在机电 自动控制、汽车工业和航天工业等方面有广泛的应用。
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。
巨磁阻效应.pptx
二、巨磁阻效应的现象
通常情况下，物质的电阻率 在磁场中仅产生轻微的减小； 在某种条件下，电阻率减小 的幅度相当大，比通常磁性 金属与合金材料的磁电阻值 约高10余倍，称为“巨磁阻 效应”（GMR）；而在很强 的磁场中某些绝缘体会突然 变为导体，称为“超巨磁阻 效应”（CMR）。
不同过渡层上Co/Cu/Co三明治结构的 巨磁电阻效应研究
四、巨磁阻效应的应用
巨磁阻效应被成功地运用在 硬盘生产上。1994年，IBM 公司研制成功了巨磁电阻效 应的读出磁头，将磁盘记录 密度提高了17倍，从而使得 磁盘在与光盘的竞争中重新 回到领先地位。目前，巨磁 阻技术已经成为几乎所有计 算机、数码相机和MP3播放 器等的标准技术。
四、巨磁阻效应的应用
在1997年时，另一项划时代的技术诞生了， 那就是GMR巨磁阻
三、巨磁阻效应的原理
巨磁阻效应示意图。FM（蓝色） 表示磁性材料，NM（橘色）表示 非磁性材料，磁性材料中的箭头 表示磁化方向；Spin的箭头表示 通过电子的自旋方向；R（绿色） 表示电阻值，绿色较小表示电阻 值小，绿色较大表示电阻值大。
三、巨磁阻效应的原理
结论： 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。
四、巨磁阻应的应用
巨磁阻效应自从被发现以来 就被用于开发研制用于硬磁 盘的体积小而灵敏的数据读 出头（Read Head）。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。
但是大家应该注意到的是：巨磁 阻效应已经是一种非常成熟的旧 技术了，目前人们感兴趣的问题 是如何将隧穿磁阻效应开发为未 来的新技术宠儿。”
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在磁性材料中的应用引言：巨磁电阻效应是指磁场对电阻的作用，是一种重要的磁电耦合效应。
它的发现为磁阻读写头、磁记忆、磁传感器等磁性器件的发展提供了重要的理论基础。
本文将以几个与巨磁电阻效应有关的实例为例，介绍巨磁电阻效应在不同领域的应用。
一、磁阻读写头磁阻读写头是计算机硬盘等磁性存储器件中不可或缺的元件。
巨磁电阻效应的发现为磁阻读写头的研发提供了突破口。
磁阻读写头利用巨磁电阻现象，通过测量磁场对磁性材料电阻的影响来实现磁信号的读写。
相比于传统的磁性材料，巨磁电阻材料的电阻随磁场的变化更加显著，从而提高了读写头的灵敏度和稳定性。
二、磁传感器巨磁电阻效应还广泛应用于磁传感器领域。
磁传感器是一种能够感知和测量磁场的器件，常用于地磁测量、位置检测、物体探测等领域。
巨磁电阻材料的磁阻随磁场的变化呈现线性或非线性关系，可以通过测量巨磁电阻材料的电阻值来确定磁场的强度和方向。
这种基于巨磁电阻效应的磁传感器具有灵敏度高、响应快、功耗低等优点，在汽车、航空航天、工业自动化等领域得到广泛应用。
三、磁记忆磁记忆是一种利用巨磁电阻效应实现信息存储和读取的技术。
通过在磁性材料中施加磁场，可以改变材料的电阻值，从而实现信息的写入。
利用巨磁电阻效应的磁记忆具有存储密度高、读写速度快、可擦写等优点，已经成为一种重要的非易失性存储技术。
磁记忆在计算机、通信、储存等领域有着广泛的应用，为信息技术的发展提供了重要支持。
结论：巨磁电阻效应作为一种重要的磁电耦合效应，在磁性材料的应用中发挥着重要作用。
磁阻读写头、磁传感器和磁记忆等器件的发展离不开对巨磁电阻效应的深入研究和应用。
随着科学技术的不断进步，巨磁电阻效应将继续为磁性器件的发展提供新的可能性。
我们相信，在不久的将来，巨磁电阻效应将在更多领域展现出其巨大的潜力，为人类带来更多的便利和创新。
巨磁电阻效应及其应用
巨磁电阻效应及其应用巨磁电阻效应（GMR）是指一种材料在外加磁场作用下，其电导率发生改变，从而导致电阻率发生变化的现象。
这一现象最早是在20世纪50年代由Alfred G. Yelon等人在垂直于金属层面的磁场作用下观察到的。
但直到1988年，Prinz等人才发现了铁磁性薄膜间的GMR现象，这也使得GMR效应引起了科学家们的广泛兴趣。
GMR效应在接下来的几年里得到了深入研究，被发现可以用于高密度数据存储和无线通讯等多种应用中。
GMR效应可以由一系列不同的物理机制所产生。
其中，最为常见的是自旋環境杂化（SEH）和直接交换耦合（DEC）。
在SEH机制下，电流通过一条薄膜时会造成电子的自旋极化，这个自旋极化可以将与之相邻的薄膜中的自旋磁矩引起旋转，导致自旋的损失。
因此，在自旋磁矩方向相同的情况下，电阻率会较小，而在自旋反向的情况下，电阻率会较大。
在DEC机制下，自旋子交换能会通过金属层之间的电场作用而引起自旋磁矩的反向。
这也可以导致GMR效应的体现，但其具体机理仍有待深入探究。
GMR效应在很多领域都具有重要的应用。
其中最为广泛的是在数据存储中的应用。
磁头读取硬盘上的数据时，通过读取与保存数据时的自旋方向差异来区分不同的数据信息。
而GMR头比传统头更加灵敏，因此能够更准确地读取数据，同时也能够提高数据存储的密度。
此外，GMR效应还可以应用于磁性传感器中。
例如，GMR平面传感器可以精确地测量磁场的强度和方向，因此被广泛应用于导航、探矿以及科学实验中。
此外，GMR还可以应用于生物医学领域中的诊断和治疗。
比如在生命科学中，GMR传感器可以用于检测药物和蛋白质的相互作用，在诊断和治疗中也具有潜在的应用价值。
总之，GMR效应是一种基于材料电导率随磁场变化的现象。
其重要的应用领域包括数据存储、磁性传感器以及生物医学等领域。
随着技术的进步和理解的不断深入，GMR效应将有更多广阔的应用前景。
超导巨磁阻效应
超导巨磁阻效应超导巨磁阻效应是指在超导材料中，当外加磁场发生变化时，材料电阻出现剧烈变化的现象。
这种效应在超导材料的研究和应用中具有重要意义，本文将对超导巨磁阻效应进行详细介绍。
超导材料是一类在低温下具有零电阻和完全磁场排斥特性的材料。
当超导材料处于超导态时，电流能够在其中自由流动，而不会损耗能量。
超导材料的这种特性使其在能源传输、磁共振成像等领域有着广泛的应用。
然而，在外界磁场作用下，超导材料的电阻性质会发生变化。
一般情况下，当超导材料处于超导态时，外界磁场会被完全排斥，材料内部不会存在磁场。
但当外界磁场的强度超过一定临界值时，超导态会被破坏，材料会恢复正常的电阻性质。
这个临界值被称为超导材料的临界磁场。
与此相反，超导巨磁阻效应则是指在外界磁场未超过临界值时，超导材料的电阻突然发生剧烈变化的现象。
具体来说，当外界磁场发生微小变化时，超导材料的电阻会发生非常大的变化，从而导致电流的剧烈变化。
这种现象在超导材料中被称为超导巨磁阻效应。
超导巨磁阻效应的发现为超导材料的研究和应用带来了新的可能性。
通过利用超导巨磁阻效应，可以设计出高灵敏度的磁场传感器和磁存储器。
此外，超导巨磁阻效应还可以用于制备高性能的超导电缆和超导磁体，提高能源传输和磁共振成像的效率。
超导巨磁阻效应的物理机制比较复杂，涉及到超导态和正常态之间的相互竞争。
一种常见的解释是基于超导材料中的磁通量量子化现象。
当外界磁场的强度发生微小变化时，超导材料中的磁通量量子也会发生相应变化。
这种变化会影响到超导电子的运动，导致电阻的变化。
超导材料的晶格缺陷和杂质也会对超导巨磁阻效应产生影响。
这些缺陷和杂质可以改变超导电子的运动路径和能级结构，进而影响到超导巨磁阻效应的强度和稳定性。
超导巨磁阻效应是超导材料中的一种重要现象，具有广泛的研究和应用价值。
通过进一步研究超导巨磁阻效应的物理机制和优化超导材料的制备工艺，可以进一步提高超导材料的性能，推动超导技术在能源、医学和通信等领域的应用。
巨磁电阻效应及应用实验报告
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( Giant magneto resistance,简称GMR)效应的发现者：法国物理学家阿尔贝·费尔(Albert Fert)和德国物理学家彼得·格伦贝格尔( Peter Grunberg )。
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，因为它使计算机硬盘的容量从几百、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，它们之间的相互作用力，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。
图 1 反铁磁有序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，如错误!未找到引用源。
所示。
则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。
1970年美国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d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。
巨磁阻效应
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.
• 英国物理学家N. F. Mot t ( 诺贝尔奖获得者) 指出: 在磁性物质中, 电子和磁性导体中原 子的磁撞几率( 自旋相关的散射) 取决于电 子自旋和磁性原子磁矩的相对取向, 如果电 子的自旋反平行于磁性导体的磁化方向, 其 散射就较强, 这些电子的电阻将比平行自旋 的电子的电阻来得大。
左面和右面的材料 结构相同，两侧是 磁性材料薄膜层 （红色），中间是 非磁性材料薄膜层 （蓝色）
3. “超巨磁阻效应”（CMR）
•在很强的磁场中某些绝缘体会突然变为导体。 常见于锰钙钛矿化合物。
二、巨磁阻效应的发现过程
• 磁阻效应最初于1856年由开尔文爵士发现。 1、Fe 和N i 放在磁场中, 发现这 些磁性材料在磁场作用下, 沿着 磁场方向测得的电阻增加, 垂直 于磁场方向测得的电阻减小。 2、电阻增加或减小的幅度约在1 %~ 2 %之间。
• 格林贝格尔的研究小组在最初的工作中只是 研究了由铁、铬、铁三层材料组成的结构物 质，实验结果显示电阻下降了1.5%。而费 尔的研究小组则研究了由铁和铬组成的多层 材料，使得电阻下降了50%。
• 费尔的实验结果。横坐标为磁化强度，纵坐标为 磁化时电阻与无磁化时电阻的比值；三条曲线分 别显示了三种不同厚度结构的铁、铬薄膜层。
巨磁电阻效应及应用
实验十四巨磁电阻效应及应用【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.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（速度）传感器的原理7.通过实验了解磁记录与读出的原理【实验仪器】巨磁电阻效应及应用实验仪【实验原理】2007年诺贝尔物理学奖授予了巨磁电阻( Giant magneto resistance,简称GMR)效应的发现者：法国物理学家阿尔贝·费尔(Albert Fert)和德国物理学家彼得·格伦贝格尔( Peter Grunberg )。
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，因为它使计算机硬盘的容量从几百、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，它们之间的相互作用力，及其与宏观物理性质之间的联系。
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量和控制领域。
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。
除在多层膜结构中发现GMR效应，并已实现产业化外，在单晶，多晶等多种形态的钙钛矿结构的稀土锰酸盐中，以及一些磁性半导体中，都发现了巨磁电阻效应。
本实验介绍多层膜GMR效应的原理，并通过实验让学生了解几种GMR传感器的结构、特性及应用领域。
巨磁阻效应的实验报告
巨磁阻效应的实验报告巨磁阻效应的实验报告引言：巨磁阻效应是指在某些磁性材料中，当外加磁场改变时，材料的电阻也会随之发生变化。
这种效应被广泛应用于磁阻计、传感器等领域，因此对巨磁阻效应的研究具有重要的科学意义和应用价值。
本实验旨在通过实验验证巨磁阻效应的存在，并研究其相关特性。
实验材料和装置：本实验使用的材料为一种巨磁阻效应材料，装置包括电源、电压表、电流表、磁场源和测量样品的电阻的电路。
实验步骤：1. 将巨磁阻效应材料样品固定在电路中，并连接电源、电压表、电流表。
2. 将电流表调至合适的量程，并通过电源给样品施加一定的电流。
3. 使用磁场源在样品周围产生不同强度的磁场，记录电流表和电压表的读数。
4. 重复步骤3，改变电流大小，观察电阻随磁场变化的规律。
实验结果：通过实验记录的数据，我们可以得到电流和电压的关系曲线。
实验结果显示，在不同的磁场强度下，电阻呈现出明显的变化。
随着磁场强度的增加，电阻值呈现出逐渐增大的趋势。
讨论与分析：巨磁阻效应的产生是由于磁场改变引起了材料中磁矩的重新排列。
在外加磁场作用下，磁矩会发生旋转，从而导致电子的自旋和轨道运动受到影响，进而影响电子的运动路径和散射情况，最终导致电阻发生变化。
这种变化是非线性的，与磁场强度的变化呈现出一定的关联性。
巨磁阻效应的大小与材料的特性密切相关。
一般来说，具有巨磁阻效应的材料往往具有较高的电阻率和较大的磁矩。
此外，材料的晶体结构和磁矩的排列方式也会对巨磁阻效应产生影响。
因此，研究材料的物理性质和结构对于深入理解巨磁阻效应的机制具有重要意义。
巨磁阻效应的应用非常广泛。
在磁阻计中，巨磁阻效应被用于测量磁场的强度和方向。
传感器领域中，巨磁阻效应可以用于测量物体的位移、速度和加速度等参数。
此外，巨磁阻效应还可以应用于磁存储器、磁传输等领域。
结论：通过本实验，我们验证了巨磁阻效应的存在，并研究了其相关特性。
实验结果表明，在外加磁场的作用下，巨磁阻效应材料的电阻会发生明显的变化。
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巨磁阻效应的原理及应用
巨磁阻效应的原理及应用
物质在一定磁场下电阻改变的现象，称为磁阻效应。
磁性金属和合金材料一般都有这种现象。
一般情况下，物质的电阻率在磁场中仅发生微小的变化，在某种条件下，电阻减小的幅度相当大，比通常情况下约高十余倍，称为巨磁阻效应（GMR）。
要说这种效应的原理，不得不说一下电子轨道及自旋。
种角动量在原子物理学中，对于单电子原子（包括碱金属原子）处于一定的状态，有一定的能量、轨道角动量、自旋角动量和总角动量。
表征其性质的量子数是主量子数n、角量子数l、自旋量子数s＝1／2，和总角动量量子数j。
主量子数（n=1，2，3，4 …）会视电子与原子核间的距离（即半径座标r）而定。
平均距离会随着n增大，因此不同量子数的量子态会被说成属于不同的电子层。
角量子数（l=0，1 … n-1）（又称方位角量子数或轨道量子数）通过关系式来代表轨道角动量。
在化学中，这个量子数是非常重要的，因为它表明了一轨道的形状，并对化学键及键角有重大形响。
有些时候，不同角量子数的轨道有不同代号，l=0的轨道叫s 轨道，l=1的叫p轨道，l=2的叫d轨道，而l=3的则叫f轨道。
磁量子数（ml= -l，-
l+1 … 0 … l-1，l）代表特征值，。
这是轨道角动量沿某指定轴的射影。
从光谱学中所得的结果指出一个轨道最多可容纳两个电子。
然而两个电子绝不能拥有完全相同的量子态（泡利不相容原理），故也绝不能拥有同一组量子数。
所以为此特别提出一个假设来解决这问题，就是设存在一个有两个可能值的第四个量子数—自旋量子数。
这假设以后能被相对论性量子力学所解释。
“我们对过渡金属的电导率有了如下认识：电流由s 电子传递，其有效质量近乎于自由电子。
然而电阻则取决于电子从 s 带跃迁到 d 带的散射过程，因为跃迁几率与终态的态密度成正比，而局域性的 d 带在费米面上的态密度是很大的。
这就是过渡金属电阻率高的原因。
这种 s-d 散射率取决于 s 电子与 d 电子自旋的相对取向。
巨磁电阻（GMR）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。
GMR是一个量子力学效应，它是在层状的磁性薄膜结构中观察到的。
这种结构由铁磁材料和非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。
关于这种效应可以用两自选电流模型来解释：
普通磁电阻 (正, 极小, 各向异性)
巨磁电阻 (负, 巨大 , 各向同性)
1986年德国的Grunberg和C.F.Majkrgak等人发现了Y/Gd、Y/Dy和Fe/Cr/Fe多层膜中的层间耦合现象。
1988年法国的M.N.Baibich等人首次在纳米级的Fe/Cr多层膜中发现其Δρ/ρ在4.2K低温下可达50%以上，由此提出了GMR效应的概念，在学术界引起了
很大的反响。
由此与之相关的研究工作相继展开，陆续研制出Fe/Cu、Fe/Ag、Fe/Al、
Fe/Au、Co/Cu、Co/Ag、Co/Au……等具有显著GMR效应的层间耦合多层膜。
1988年后的3年，人们便研制出可在低磁场（10-2～10-6T）出现GMR效应的多层膜如
[CoNiFe/CoFe/AgCu/CoFe/CoNiFe]等结构，此后更掀起了GMR效应的研发热潮。
巨磁电阻效应的发现打开了一扇通向新技术世界的大门——自旋电子学。
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，因为它使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 。
巨磁电阻效应从发现到器件的商
品应用也是一个迅速转化的过程。
现已广泛应用于电子、磁信息存储等技术领域，还出现
了许多GMR 器件，如磁盘驱动器的读写磁头和随机存储器（RAM）等。
磁电子新技术的实
用化，源于纳米磁性材料和纳米制造技术的成功开发。
发现GMR效应后，在应用电子随机
自旋度的道路上迈开了第一步。
最近10多年来，对自旋输运电子技术的应用开发取得突
飞猛进的进展，收到明显的经济效益和社会效益。
现在就将GMR的部分应用列举如下：
1. SV-GMR磁头和传感器
构成GMR磁头和传感器的核心元件是自旋阀（SpinValve）元件。
它的基本结构是由
钉扎磁性层（例如Co）、Cu间隔层和自由磁性层（例如NiFe等易磁化层）组成的多层膜。
由于钉扎层的磁矩与自由磁层的磁矩之间的夹角发生变化会导致SV-GMR元件的电阻值改变，进而使读出电流发生变化。
运用SV-GMR元件的磁传感器，检测灵敏度比使用MR元件
的器件高1至数个量级，更容易集成化，封装尺寸更小，可靠性更高。
它不仅可以取代以
前的MR传感器，还可以制成传感器阵列，实现智能化，用来表述通行车辆，飞机机翼、
建筑防护装置或管道系统中隐蔽缺陷的特征，跟踪地磁场的异常现象等。
还有人提出可以
作为抗体和生物标本检验的传感元件，应用范围较之MR传感器显著扩大。
当前，GMR传感器已在液压汽缸位置传感、真假纸币识别、轴承编码、电流检测与控制、旋转位置检测、
车辆通行情况检测等领域得到应用。
在军事上，GMR传感器有着更加重要的应用价值。
美
国军方正在研制高g军火用捷联式（Strop Down）MEMS传感器，用在制导、导航和控制（GN＆C）或时空位置信息（TSPI）中。
2．巨磁电阻随机存取存储器（MRAM）
这是采用纳米制造技术，把沉积在基片上的SV-GMR薄膜或TMR薄膜制成图形阵列，
形成存储单元，以相对两磁性层的平行磁化状态和反平行磁化状态分别代表信息“1”和“0”；与半导体存储器一样，是用电检测由磁化状态变化产生的电阻值之差进行信息读
出的一种新型磁存储器。
MRAM潜在的重要优点是非易失性，抗辐射能力强、寿命长。
这些是DRAM、SRAM等半导体存储器所不具备的性能。
同时，它又兼有后者具有的大容量、高
速存取、低成本、高集成度等特点。
因此，MRAM不仅被军事和宇航业界所看重，而且在迅速普及的数码照相、移动电话及多媒体信息处理等广阔的民用市场中得到应用。
正因为如此，美、日、欧等发达国家和地区及高新技术产业界都十分重视这项新技术，正投巨资加
快产品的商业化
3．至于在无刷直流电机的应用
大家知道，有刷直流电机是用接触碳刷或金属片做整流子供电，使转子旋转。
这种接
触式整流子因摩擦给电机带来非常不好的影响，比如使用寿命短、噪音大、有火花、产生
干扰电磁波等。
如果用GMR传感器代替电机的摩擦整流子，那么就可以避免因电刷摩擦而
带来的影响，而且还可以实现电机高速旋转及其调速和稳速的目的。
因此，它的稳定性和
可靠性都非
常高。
另外，这种无刷电机转矩-重量比较大，速度转矩特性的线性度比较好。
4．GMR医用及生物磁场传感器
人体之中存在着各种形式的机械运动，它们是机体完成必要的生理功能的前提和保证，因此检测这些生物机械运动，无论对基础医学还是对临床医学来讲，都具有十分重要的意义。
以前，由于必须利用体积大和功率高、价格贵的超导量子磁强计而限制了在医学中的
发展。
高灵敏度及集成化的GMR磁敏传感器的出现为这些机械运动和病变部位的非接触式
的探测提供了方便，并推动其发展。
下面介绍几种特殊在此方面的应用。
首先各种各样的
细胞、蛋白质、抗体、病原体、病毒、DNA可以用纳米级的磁性小颗粒来标记，也就是首
先是这些被探测的对象磁性化，进而在用高灵敏度的GMR磁场传感器来探测它们的具体位置。
这种也可用于医学及临床分析、DNA分析、环境污染监测等领域。
高灵敏度的GMR传
感器也可用在脑电图、心电图等的高精度的仪器设备上，来诊断类似于脑肿瘤病变的问题。
利用GMR磁场传感器可以检测眼球运动、眼睑运动的方法，这有助于定量评价和研究困倦、视力疲劳现象，和诊断某些眼科疾病。
其它还有很多，不一一列举。
5. GMR在各种逻辑元件和全金属计算机中的应用
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）来开发
新的磁性器件。
全金属的计算机将成为可能。
人类利用电子的荷电性在半导体芯片上创造了今天的信息时代，自旋极化输运给人类
带来的也许又是一片广阔的天地。
磁电子学给予人类以梦想和希望，同时也给予我们更多、更大的挑战。
事实上人类对于自旋极化输运的了解还处于一个非常肤浅的阶段，对新出现
的新现象、新效应的理解基本上还是一种“拼凑式”的、半经典的唯象理论。
作为磁学和
微电子学的交叉学科，磁电子学将无论在基础研究还是在应用开发上都将是凝聚态物理学
工作者和电子工程技术人员大显身手的新领域。
GMR效应是磁电子学的主要内容之一，是
一项方兴未艾的事业，其发展必定带来人类技术文明的进一步发展。
由GMR效应作成的实用器件对电子信息的贡献是不言而喻的。