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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。”
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三、巨磁阻效应的原理
左面的结构中,两层磁性材料的 磁化方向相同。 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。
中国农业大学 机制093 胡奎
一、巨磁效应的发现
巨磁阻效应在1988年由德国 尤利西研究中心的彼得·格林 贝格尔和巴黎第十一大学的 艾尔伯·费尔分别独立发现的, 他们因此共同获得2007年诺 贝尔物理学奖。
一、巨磁效应的发现
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%。
二、巨磁阻效应的现象
不连续[NiFe/Ag]_n多层薄膜 低场巨磁阻研究
Py/Al-O/Py 系巨磁阻薄膜材料
三、巨磁阻效应的原理
巨磁阻效应(Giant Magnetoresistance)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。
三、巨磁阻效应的原理
右面的结构中,两层磁性材料的 磁化方向相反。 当一束自旋方向与第一层磁性材 料磁化方向相同的电子通过时, 电子较容易通过,呈现小电阻; 但较难通过第二层磁化方向与电 子自旋方向相反的磁性材料,呈 现大电阻。 当一束自旋方向与第一层磁性材 料磁化方向相反的电子通过时, 电子较难通过,呈现大电阻;但 较容易通过第二层磁化方向与电 子自旋方向相同的磁性材料,呈 现小电阻。
材料的电阻随磁场的增加而增大的 现象称为磁阻效应
一、巨磁效应的发现
格林贝格尔和尤利西研究中心 享有巨磁阻技术的一项专利, 他最初提交论文的时间要比费 尔略早一些(格林贝格尔于 1988年5月31日,费尔于1988年 8月24日),而费尔的文章发表 得更早(格林贝格尔于1989年3 月,费尔于1988年11月)。费 尔准确地描述了巨磁阻现象背 后的物理原理,而格林贝格尔 则迅速看到了巨磁阻效应在技 术应用上的重要性
利用巨磁电阻物质在不同的 磁化状态下具有不同电阻值 的特点,还可以制成磁性随 机存储器(MRAM),其优 点是在不通电的情况下可以 继续保留存储的数据。
四、巨磁阻效应的应用
巨磁阻效应还应用于微弱磁 场探测器
观点
来自剑桥大学的一位物理学家Tony Bland介绍说:“这些材料一开始 看起来非常玄妙,但是最后发现它 们有非常巨大的应用价值。它们为 生产商业化的大容量信息存储器铺 平了道路。同时它们也为进一步探 索新物理——比如隧穿磁阻效应 (TMR: Tunneling Magnetoresistance)、自旋电子学 (Spintronics)以及新的传感器技 术——奠定了基础。
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