200°

巨磁電阻結構組成特點_巨磁電阻的應用

  什么是巨磁電阻

  巨磁阻效應(Giant Magnetoresistance,縮寫:GMR)是一種量子力學和凝聚體物理學現象,磁阻效應的一種,可以在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層(幾個納米厚)結構中觀察到。2007年諾貝爾物理學獎被授予發現巨磁阻效應(GMR)的彼得·格林貝格和艾爾伯·費爾。巨磁電阻就是電阻值對磁場變化巨敏感的一種電阻材料。

  巨磁電阻現象

  物質在一定磁場下電阻改變的現象,稱為“磁阻效應”,磁性金屬和合金材料一般都有這種磁電阻現象,通常情況下,物質的電阻率在磁場中僅產生輕微的減小;在某種條件下,電阻率減小的幅度相當大,比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10余倍,稱為“巨磁阻效應”(GMR);而在很強的磁場中某些絕緣體會突然變為導體,稱為“超巨磁阻效應”(CMR)。

  如右圖所示,左面和右面的材料結構相同,兩側是磁性材料薄膜層(藍色),中間是非磁性材料薄膜層(橘色)。

  左面的結構中,兩層磁性材料的磁化方向相同。

  當一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相同的電子通過時,電子較容易通過兩層磁性材料,都呈現小電阻。

  當一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相反的電子通過時,電子較難通過兩層磁性材料,都呈現大電阻。這是因為電子的自旋方向與材料的磁化方向相反,產生散射,通過的電子數減少,比特幣 賣房,從而使得電流減小。

  右面的結構中,兩層磁性材料的磁化方向相反。

  當一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相同的電子通過時,電子較容易通過,呈現小電阻;但較難通過第二層磁化方向與電子自旋方向相反的磁性材料,呈現大電阻。

  當一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相反的電子通過時,電子較難通過,呈現大電阻;但較容易通過第二層磁化方向與電子自旋方向相同的磁性材料,呈現小電阻。 

巨磁電阻結構組成特點_巨磁電阻的應用

  巨磁電阻結構組成特點

  1、巨磁電阻效應來自于載流電子的不同自旋狀態與磁場的作用不同,因而導致電阻值的變化。

  2、如圖所示,多層GMR 結構中,無外磁場時,上下兩層鐵磁膜的磁矩是反平行耦合的。在足夠強的外磁場作用下,鐵磁膜的磁矩方向都與外磁場方向一致,外磁場使兩層鐵磁膜從反平行耦合變成了平行耦合。

巨磁電阻結構組成特點

  巨磁電阻的應用

  巨磁阻效應在高密度讀出磁頭、磁存儲元件上有著廣泛的應用。隨著技術的發展,當存儲數據的磁區越來越小,存儲數據密度越來越大,這對讀寫磁頭提出更高的要求。巨磁阻物質中電流的增大與減小,可以定義為邏輯信號的0與1,進而實現對磁性存儲裝置的讀取。巨磁阻物質可以將用磁性方法存儲的數據,以不同大小的電流輸出,并且即使磁場很小,也能輸出足夠的電流變化,以便識別數據,從而大幅度提高了數據存儲的密度。

  巨磁阻效應被成功地運用在硬盤生產上。1994年,IBM公司研制成功了巨磁電阻效應的讀出磁頭,將磁盤記錄密度提高了17倍,從而使得磁盤在與光盤的競爭中重新回到領先地位。目前,巨磁阻技術已經成為幾乎所有計算機、數碼相機和MP3播放器等的標準技術。

  利用巨磁電阻物質在不同的磁化狀態下具有不同電阻值的特點,還可以制成磁性隨機存儲器(MRAM),其優點是在不通電的情況下可以繼續保留存儲的數據。

  除此之外,巨磁阻效應還應用于微弱磁場探測器。