磁阻效應(yīng)
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- 發(fā)布時(shí)間：2014/7/28 17:14:35
- 作者：AnyWay中國(guó)
一、磁阻效應(yīng)的定義
磁阻效應(yīng)(Magnetoresistance Effect, MR)是指材料之電阻隨著外加磁場(chǎng)的變化而改變的效應(yīng)。衡量磁阻（Magnetoresistance ，縮寫為MR）的物理量定義為外加磁場(chǎng)后的電阻變化率，即：在有無外加磁場(chǎng)下的電阻之差除以無外加磁場(chǎng)時(shí)的電阻。
磁阻效應(yīng)明顯的材料稱為磁阻材料，最典型的磁阻材料是銻化銦（InSb）。
二、磁阻效應(yīng)的原理
當(dāng)半導(dǎo)體受到與電流方向垂直的磁場(chǎng)作用時(shí)，載流子會(huì)同時(shí)受到洛倫茲力與霍爾電場(chǎng)力，由于半導(dǎo)體中載流子的速度有所不同，假設(shè)速度為V0的載流子受到的洛倫茲力及霍爾電場(chǎng)力相互抵消，那么，這些載流子的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)偏轉(zhuǎn)，而速度低于V0或高于V0的載流子的運(yùn)動(dòng)方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致沿電流方向的速度分量減小，電流變小，電阻增大。這種現(xiàn)象就是磁阻效應(yīng)。
三、磁阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)
磁阻效應(yīng)由威廉?湯姆遜（William Thomson）于1857年發(fā)現(xiàn)。由于在一般材料中，磁阻效應(yīng)（電阻的變化）通常小于5%，這樣的效應(yīng)后來被稱為“常磁阻”(ordinary magnetoresistance, OMR)。
四、磁阻效應(yīng)的分類
1、常磁阻效應(yīng)(ORDINARY MAGNETORESISTANCE Effect, OMR)
對(duì)所有非磁性金屬而言，由于在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的影響，部分載流子在行進(jìn)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使得路徑變成沿曲線前進(jìn)，如此將使載流子行進(jìn)路徑長(zhǎng)度增加，使載流子碰撞機(jī)率增大，進(jìn)而增加材料的電阻。
2、巨磁阻效應(yīng)(GIANT MAGNETORESISTANCE Effect, GMR)
巨磁阻效應(yīng)存在于鐵磁性(如：Fe, Co, Ni)/非鐵磁性(如：Cr, Cu, Ag, Au)的多層膜系統(tǒng)，由于非磁性層的磁交換作用會(huì)改變磁性層的傳導(dǎo)電子行為，使得電子產(chǎn)生程度不同的磁散射而造成較大的電阻，其電阻變化較常磁阻大上許多，故被稱為“巨磁阻”。
2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予來自法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心的物理學(xué)家艾爾伯?費(fèi)爾和來自德國(guó)尤利希研究中心的物理學(xué)家皮特?克魯伯格，以表彰他們發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)的貢獻(xiàn)。
3、超巨磁阻效應(yīng)(COLOSSAL MAGNETORESISTANCE Effect, CMR)
超巨磁阻效應(yīng)存在于具有鈣鈦礦(Perovskite)ABO3的陶瓷氧化物中。其磁阻變化隨著外加磁場(chǎng)變化而有數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)的變化。其產(chǎn)生的機(jī)制與巨磁阻效應(yīng)(GMR)不同，而且往往大上許多，所以被稱為“超巨磁阻”。
4、異向性磁阻效應(yīng)(ANISOTROPIC MAGNETORESISTANCE Effect, AMR)
有些材料中磁阻的變化，與磁場(chǎng)和電流間夾角有關(guān)，稱為異向性磁阻效應(yīng)。
5、穿隧磁阻效應(yīng)(TUNNEL MAGNETORESISTANCE Effect, TMR)
穿隧磁阻效應(yīng)是指在鐵磁-絕緣體薄膜(約1納米)-鐵磁材料中，其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對(duì)方向變化的效應(yīng)。穿隧磁阻效應(yīng)首先于1975年由Michel Julliere在鐵磁材料(Fe)與絕緣體材料(Ge)發(fā)現(xiàn)；室溫穿隧磁阻效應(yīng)則于1995年，由Terunobu Miyazaki與Moodera分別發(fā)現(xiàn)。穿隧磁阻效應(yīng)是磁性隨機(jī)存取內(nèi)存(magnetic random access memory, MRAM)與硬盤中的磁性讀寫頭(read sensors)的科學(xué)基礎(chǔ)。
五、磁阻效應(yīng)的應(yīng)用
目前，磁阻效應(yīng)廣泛用于磁傳感、磁力計(jì)、電子羅盤、位置和角度傳感器、車輛探測(cè)、GPS導(dǎo)航、儀器儀表、磁存儲(chǔ)(磁卡、硬盤)等領(lǐng)域。
磁阻器件由于靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)、交通、儀器儀表、醫(yī)療器械、探礦等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如數(shù)字式羅盤、交通車輛檢測(cè)、導(dǎo)航系統(tǒng)、偽鈔檢別、位置測(cè)量等。
巨磁阻效應(yīng)自從被發(fā)現(xiàn)以來就被用于開發(fā)研制用于硬磁盤的數(shù)據(jù)讀取探頭（Read Head）。使得存儲(chǔ)單字節(jié)數(shù)據(jù)所需的磁性材料尺寸大為減少，從而使得磁盤的存儲(chǔ)能力得到大幅度的提高。第一個(gè)商業(yè)化生產(chǎn)的數(shù)據(jù)讀取探頭由IBM公司于1997年投放市場(chǎng)，到目前為止，巨磁阻技術(shù)已經(jīng)成為全世界幾乎所有電腦、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
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