1、巨磁电阻与磁电阻清华大学 工程物理系 核 32班 刘一宁学号： 2013011816磁电阻是怎么产生的？ 磁电阻是怎么产生的？将铁磁金属材料中 电子按自旋取向分成两类处理 ，与本体材料磁化方向平行与反平行的自旋电子在传输过程是可以分辨的，且平行与反平行自旋通道以并联方式贡献电导率，此效应称为 双电流模型（ the two-current model） 。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。电流由 s 电子传递，其有效质量近于自由电子。然而电阻则取决于电子从 s 带跃迁到 d 带的散射过程。因为铁磁金属 d 电子的两种自旋取向的电子数目不等，散射过程必须保证自旋守恒，所以
2、s-d 电子散射过程就与电子间自旋的相对取向有关，这个过程称为自旋极化的电子输运过程。例如铁原子最外层为 3d6 4S2为什么是多层铁磁层？当相邻铁磁层 反平行 时，如果 s 电子的自旋与第一铁磁层中局域 d 电子的自旋平行，则几乎不受散射，但它与相邻铁磁层中局域 d 电子的自旋反平行，就受到强烈的散射（即填充到空置的与自己自旋相同的态）。所以两相邻磁层的磁矩方向相反时，两种自旋状态的传导电子， 或者在第一个磁层即因磁矩与之相反而到强烈散射 ， 或者在穿过磁矩与其自旋方向相同的磁层后，必然 在下一个磁层处遇到与其方向相反的磁矩，并受到强烈的散射作用 ，这样两种自旋态的电子分别在某一层受到强散射
3、， 宏观上表现为高电阻状态。外加磁场是怎么影响电阻的？如果施加足够大的外场，使得磁层的磁矩都沿外场方向排列（图 3-2），则自旋与其磁矩方向相同的电子受到的散射小， 只有方向相反的电子受到的散射作用强 ，宏观上表现出低电阻状态。和非铁磁层有什么关系？ 在没有非铁磁层时：只有当当两原子靠近，电子云有交叠时才有不等于零的交换积分 J， 因此这个交换作用是短程的，称为 直接交换作用 。一般只能发生在固体中的最近邻原子之间，直接交换作用的特征长度为 0.10.3nm。若 J 0，存在交换作用的电子自旋平行排列时系统能量低，表现为铁磁性。 若 J 0, 则电子自旋反平行时系统能量低，表现为反铁磁性。 而
4、在过渡金属和稀土金属的化合物中，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 。局域电子之间通过传导电子作媒介产生间接交换作用的机制由 Ruderman, Kittel, Kasuya 和 Yosida 各自独立建立的模型来描述，通常被称为 RKKY模型 。RKKY模型？ 这一模型可以解释非磁性层的厚度对巨磁电阻效应的影响。磁性层间的交换耦合作用随层间间距（即下文中的原子间距，因为非磁性层厚度为纳米量级）即非磁性层厚度而出现震荡衰减，导致巨磁电阻效应随非磁性层厚度出现震荡衰减现象。 由于 局域电子与传导电子的交换作用 ，使局域电子所在处及其周围自旋向
5、上的电子密度与自旋向下的电子密度不同，导致传导电子的自旋产生 极化 （不同自旋浓度差距）。如果以局域电子为中心，传导电子的自旋极化随距离的变化振荡式衰减，这是一种长程振荡过程。自旋极化的传导电子又会和邻近磁性原子中的局域电子发生波函数重叠，产生 直接交换作用 。这种直接交换积分为一正值，所以参与直接交换作用的两个电子的自旋应平行取向。于是第二个磁性原子中局域电子自旋的方向便由其所在位置决定：当它的位置在为正的范围内时，它的自旋向上，与第一个磁性原子中的局域电子的自旋方向相同，表现为铁磁性；反之，当它的位置在为负的范围内时，它的自旋方向向下，与第一个磁性原子中的局域电子自旋的方向相反，表现为反铁
6、磁性。这就是 RKKY 交换作用的基本物理过程。最新进展？ 电子测量技术 2014年 第 6期 “ 基于自旋阀巨磁电阻传感器的直流电流测量 ” 自旋阀巨磁阻（ gian tmagne to resistive,GMR）传感器具有灵敏度高、线性度好、体积小等显著的优点 ,在直流电流测量中具有极大的发展 潜力。 大学物理 2014年 02期 “ 基于巨磁电阻效应的杨氏模量测量装置 ” 利用巨磁电阻传感器、磁钢片及电位差计组成的实验装置 ,可精确测量微小长度变化量 .将该装置应用于杨氏模量实验并与光杠杆测量方法比较可知 ,应用巨磁电阻传感器的测量方法简单 ,测量过程便捷 ,测量精度较高 .巨磁电阻与
7、磁电阻 【实验内容】 1、 测量 GMR的磁阻 特性曲线。 2、 分别测量 GMR模拟传感器和 GMR数字开关传感器的磁电转换特性曲线 。 3、 用 GMR模拟传感器测量电流，分析偏置磁场对传感器应用的影响及原因。 4、 用 GMR梯度传感器测量齿轮的角位移，了解 GMR转速（速度）传感器的结构和原理。 5、 通过 实验了解磁记录与读出的原理。 6、 测量自旋阀的磁电阻曲线，与多层膜磁电阻曲线比较，分析其异同及原因。1、 测量 GMR的磁阻特性曲线。 原理：将基本特性组件的功能切换按钮切换为 “ 巨磁阻测量 ” ，此时被磁屏蔽的两个电桥电阻 R3,R4被短路，而 R1,R2并联。将电流表串连进
8、电路中，测量不同磁场时回路中电流的大小，就可计算磁阻。 公式 ：由 B = 0nI （ ）可计算出螺线管内的磁感应强度 B。接入 4V电源，由 R=U/I可以得到电阻；以磁感应强度 B作横坐标，电阻为纵坐标作出磁阻特性曲线。根据 计算 GMR值。 注意事项：由于巨磁阻传感器具有磁滞现象，在实验中应注意恒流源只能单方向调节，不可回调。2.1、 GMR模拟传感器的磁电转换特性测量 原理：在将 GMR构成传感器时，为了消除温度变化等环境因素对输出的影响，一般采用桥式结构（如下左图）对角位置的两个电阻 R3、 R4 覆盖一层高导磁率的材料如坡莫合金，以屏蔽外磁场对它们的影响，而 R1、 R2 阻值随外磁场改变。 公式：由 B = 0nI（ ）计算出螺线管内的磁感应强度 B。以磁感应强度 B作横坐标，电压表的读数为纵坐标作出磁电转换特性曲线。 注意事项：同一外磁场强度下输出电压的差值反映了材料的磁滞特性。
