巨磁阻效应课件

1、巨磁阻效应身边有趣的物理现象巨磁阻效应发现现象原理应用一、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%。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

2、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

3、-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。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

4、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。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

5、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。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、巨磁阻效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。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

6、。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