各向异性磁电阻的测量.doc

各向异性磁电阻的测量 摘要： 本文记述了各向异性磁电阻测量实验的基本原理、操作内容。计算了材料的值，简单探讨了温度对于磁电阻的影响，并对实验改进提出一些看法。关键词： 磁电阻 热效应一，磁电阻测量基本介绍1.1实验原理材料的磁电阻和其在磁场中的磁化方向有关，即磁阻值是其磁化方向与电流方向之间夹角的函数。外加磁场方向与电流方向的夹角不同，饱和磁化时电阻率不一样，通常取外磁场方向与电流方向平行和垂直两种情况测量AMR。即有：若退磁状态下磁畴是各向同性分布的，畴壁散射变化对磁电阻的贡献较小，将之忽略，通常取：然而对于大多数材料，故：AMR定义为：如果，则说明该样品在退磁状态下有磁畴结构，即磁畴分布非完全各项同性。图（1）是曾用作磁盘读出磁头和磁场传感器材料的Ni81Fe19的磁电阻曲线，很明显 （），（），各向异性明显。图中的双峰是材料的磁滞引起的。图2是一些铁磁金属与合金薄膜的各向异性磁电阻曲线。1.2实验仪器亥姆霍兹线圈、大功率恒流电源、大功率扫描电源、精密恒流源、数字万用表二，实验数据记录与处理：2.1，分别算出垂直与平行条件下各电流对应的磁电阻，并分别作出图像如图1、2所示： 图1 图22.2，图像分析与AMR计算a，如图中显示，利用得到的数据，考虑到科学计数的有效位数，对应较小电流值都为2位有效数字，所以分别得到垂直与平行下的均值：= 0.89， = 0.90b，如图看到，磁电阻曲线并非闭合，在6.00- -6.00-6.00电流变化后，垂直和平行状态下磁电阻在6.00是电阻分别是：0.873，0.8770.925，0.930 （单位：，保留三位有效数字）这里我们明显的看到温度对于磁电阻的影响；也可以也测：磁电阻随温度的升高而升高。c，如图中分别得到垂直与平行条件下6.00与-6.00的电阻数据，得到：利用下面公式得到：av=1/3(+2)=0.89（4） 0=1/3(0+20)=0.89（3）这里我们看到，如严格按照有效数字要求：得到：=0.063=6.3%三，实验讨论与注意事项：1，对于磁性薄膜材料“随衬底温度的升高, 晶粒明显长大,膜内的缺陷和应力显著减小,而且增强了薄膜晶粒的 111择优取向。结果表明,薄膜电阻率显著减小, 而磁电阻显著增大。”基片温度对坡莫合金薄膜结构和磁电阻的影响，王风平等，发光学报，2003，8，所以不宜对薄膜材料加过高的电压、电阻，并且应该尽量控制测量时间；2，设想能否将薄膜材料至于某一特定温度之下，如某种恒温绝缘液体，这样可以有效减小温度对实验结果的影响；3，亥姆霍兹线圈中通的电流比较大，因而不能长时间让线圈工作在强电流下，以免烧毁线圈。 同时关于线圈我们面临的问题是： a，实验中，我们无法验证线圈产生的磁场是均匀的，是随着电流的变化均匀改变的； b，实验中我们发现一个问题，各仪器线圈处于室内相同高度并且取向相同，不可避免各个线圈存在磁场外溢所造成的现象，显然实验的条件、仪器的分布仍有待改进；4，在记录过程中，在样品电压变化缓慢的区域，线圈电流可以变化的快一些，在样品电压变化快的区域，线圈电流要缓慢变化。总之应首先在前人的经验基础上对峰值的出现有一个大致的预测，在接近峰值的电压处做到小心、谨慎。以免造成重做乃至提升温度对薄膜磁电阻造成影响。四，实验思考：（1）测量AMR后计算出的0和av是否相同，如不同说明什么问题？答：从本实验结果来看，av=1/3(+2)=0.89（4）0=1/3(0+20)=0.89（3）若按照实验有效数字要求即保留两位有效数字，都为0.89，如果考虑保留至3位有效数字，则会出现较小的偏差。这表明该样品在退磁状态下磁畴的分布是各向同性的，反之如果不相同则说明退磁状态下磁畴的分布是各向异性的。（2）测量中如何减小热效应对测量的影响？答：1，减小测量的周期，测量周期越长，温差越大，对测量的影响就越大，所以在实验中注意提升效率，在关键点出格外小心，减少失误；同时我们可以改用自动测量的方法，这样可以省去读数记数的时间；2，采用降温的方法，有一种可行的方法就是用气冷，或者绝缘液冷，这样使样品保持一定温度。（3）样品夹具采用的材料有何要求？答：1，绝缘材料，表面光滑不对材料造成损伤；2，不能是铁磁或亚铁磁性的材料，最好选用抗磁材料；3，如果考虑散热的话，应有较大表面积和较好的散热性。五，参考文献：1近代物理实验(第二版). 黄润生,沙振舜,唐涛.南京大学出版社.2008.42基片温度对坡莫合金薄膜结构和磁电阻的影响，王风平等，发光学报，2003，83探针技术测量薄层电阻的原理及应用，刘新福，孙以材，刘东升，半导体技术第29卷第7期附录：（实验数据以及R值得计算）垂直平行I/AU/mVR/I/AU/mVR/6.00 5.240 0.873 5.99 5.552 0.925 5.49 5.242 0.873 5.55 5.552 0.925 5.00 5.244 0.874 4.97 5.551 0.925 4.48 5.246 0.874 4.45 5.550 0.925 3.98 5.247 0.874 3.99 5.548 0.925 3.51 5.249 0.874 3.48 5.545 0.924 2.98 5.252 0.875 2.95 5.541 0.924 2.32 5.255 0.875 2.61 5.537 0.923 1.72 5.259 0.876 2.22 5.533 0.922 0.95 5.267 0.877 1.85 5.527 0.921 0.59 5.273 0.878 1.46 5.520 0.920 0.29 5.279 0.879 1.26 5.516 0.919 -0.01 5.287 0.881 1.08 5.512 0.919 -0.25 5.294 0.882 0.84 5.505 0.918 -0.49 5.304 0.884 0.62 5.497 0.916 -0.70 5.315 0.885 0.48 5.491 0.915 -0.81 5.324 0.887 0.35 5.486 0.914 -0.87 5.330 0.888 0.26 5.482 0.914 -0.95 5.307 0.884 0.14 5.474 0.912 -1.08 5.282 0.880 -0.05 5.464 0.911 -1.36 5.273 0.878 -0.13 5.459 0.910 -1.46 5.271 0.878 -0.25 5.451 0.909 -1.78 5.266 0.877 -0.29 5.448 0.908 -2.39 5.261 0.876 -0.37 5.441 0.907 -2.74 5.258 0.876 -0.39 5.439 0.907 -3.29 5.256 0.876 -0.43 5.435 0.906 -3.87 5.254 0.875 -0.47 5.432 0.905 -4.39 5.253 0.875 -0.50 5.428 0.905 -5.02 5.251 0.875 -0.54 5.425 0.904 -5.54 5.250 0.875 -0.57 5.423 0.904 -6.01 5.249 0.874 -0.61 5.418 0.903 -5.52 5.251 0.875 -0.66 5.414 0.902 -4.99 5.253 0.875 -0.69 5.410 0.902 -4.54 5.254 0.875 -0.70 5.408 0.901 -4.04 5.256 0.876 -0.73 5.403 0.901 -3.49 5.258 0.876 -0.77 5.398 0.900 -2.95 5.260 0.876 -0.82 5.395 0.899 -2.48 5.263 0.877 -0.87 5.393 0.899 -1.97 5.267 0.877 -0.90 5.418 0.903 -1.44 5.271 0.878 -0.92 5.450 0.908 -1.00 5.276 0.879 -0.94 5.465 0.911 -0.76 5.280 0.880 -0.96 5.473 0.912 -0.47 5.286 0.881 -1.00 5.482 0.914 -0.15 5.294 0.882 -1.10 5.493 0.916 0.00 5.299 0.883 -1.26 5.502 0.917 0.18 5.305 0.884 -1.40 5.510 0.918 0.25 5.308 0.884 -1.64 5.519 0.920 0.32 5.311 0.885 -1.87 5.527 0.921 0.39 5.316 0.886 -2.24 5.535 0.923 0.44 5.319 0.886 -2.63 5.542 0.924 0.50 5.322 0.887 -3.03 5.548 0.925 0.58 5.329 0.888 -3.52 5.553 0.926 0.60 5.331 0.888 -4.07 5.558 0.926 0.63 5.333 0.888 -4.59 5.562 0.927 0.68 5.337 0.889 -5.03 5.565 0.928 0.73 5.341 0.890 -5.63 5.567 0.928 0.78 5.331 0.888 -6.00 5.568 0.928 0.86 5.299 0.883 -5.52 5.567 0.928 0.96 5.292 0.882 -5.03 5.565 0.928 1.14 5.286 0.881 -4.50 5.562 0.927 1.45 5.280 0.880 -4.06 5.560 0.927 1.98 5.274 0.879 -3.49 5.556 0.926 2.45 5.270 0.878 -3.02 5.551 0.925 3.02 5.267 0.877 -2.54 5.547 0.925 3.56 5.266 0.877 -2.00 5.539 0.923 4.05 5.264 0.877 -1.67 5.533 0.922 4.56 5.263 0.877 -1.37 5.527 0.921 5.02 5.262 0.87 -1.03 5.518 0.9197 5.54 5.261 0.876 -0.88 5.512 0.9187 6.01 5.261 0.876 -0.70 5.506 0.9177 -0.52 5.499 0.9165 -0.29 5.486 0.9143 -0.05 5.472 0.9120 0.06 5.465 0.9108 0.16 5.458 0.9097 0.27 5.448 0.9080 0.34 5.442 0.9070 0.39 5.437 0.9062 0.48 5.428 0.9047 0.53 5.422 0.9037 0.58 5.416 0.9027 0.62 5.412 0.9020 0.68 5.405 0.9008 0.72 5.399 0.8998 0.75 5.415 0.9025 0.78 5.463 0.9105 0.82 5.482 0.9137 0.86 5.491 0.9152 0