磁性材料-课件

“巨磁电阻”效应1997年，第一个基于“巨磁电阻”效应的数据读出头问世，

1988年，费尔和格林贝格尔各自独立发现了一个全新的物理效应——“巨磁电阻”效应

突破了大容量小硬盘制造技术最狭小的瓶颈。费尔和格林贝格尔1988年实验中利用分子束外延(MBE)技术获得高质量样品，保证了实验结果的准确性和可靠性，分别作出了50%和10%的电阻变化率。

而分子束外延技术是由前贝尔实验室半导体研究所助理副总裁、华人学者卓以和教授领导的研究小组发明的。卓以和曾在1993年获得美国国家科学奖，今年又获得美国国家技术奖。共同获得2007年诺贝尔物理学奖。获奖的原因是先后独立发现了一个全新的物理效应-----“巨磁电阻”效应。法国科学家阿尔贝·费尔（AlbertFert）德国科学家彼得·格林贝格尔(PeterGrünberg)“巨磁电阻”GMR效应GMR和TMR的应用

GMR

:1994，IBM推出HDR硬盘读出头，记录密度提高了17倍，5Gb/in2TMR:MRAM原理：磁场控制电阻――磁敏电阻，出现巨磁电阻的唯一必要条件就是近邻磁集团中的磁矩相对取向在外磁场的作用下可以发生变化。在一定磁场下两者从平行排列到反平行排列或从反平行到平行排列，从而引起磁电阻的变化，自旋阀结构（spinvalve）。

IBM研究中心的Parkin等人采用溅射制备方法系统的研究了铁磁层和非磁层的多层膜，发现其中大多数具有GMR效应。

磁性存储器硬盘是最主要的磁性存储器，他利用磁性材料磁矩方向的变化记录信息磁性记录位的热稳定性(超顺磁效应)的高低决定了硬盘记录数据的准确性，从而决定了硬盘记录密度的大小。为了降低超顺磁效应的影响，需要提高磁记录颗粒的各向异性以增强热稳定性。同时采用垂直磁记录的方式减小记录位的水平尺寸，以提高信息存储密度。1997年，第一个基于“巨磁电阻”效应的数据读出头问世，

突破了大容量小硬盘制造技术最狭小的瓶颈。MRAM是一种新型的磁性随机存储器，它可以象DRAM一样高容量，象SRAM一样高速度，象FLASH一样非挥发性

，象硬盘一样能长期保存数据。磁性物质中的电荷－自旋输运各种磁电阻效应*巨磁电阻（GMR）效应――Mott两流体模型*隧道磁电阻（TMR）效应――Julliere公式*自旋电子学――Schmidt障碍*CMR效应――Zener双交换模型巨磁电阻（GMR）效应Fert（1988）Fe/Cr超晶格？Grunberg（1986）相邻磁矩反铁磁排列MBE优质材料Mott两流体模型

(1)N.H.Mott,Proc.Roy.Soc.A153,699(1936)近似：电子与（热激发）自旋波散射可以忽略，（低于居里点）只考虑电子与磁性离子自旋间的散射。（s－d散射）约定：与磁矩同方向的电子处于主要子带（majority）

相反方向自旋电子处于次要子带（minority）两流体模型（2）散射过程中没有自旋反转S↑电子未被d↑（majority）电子散射，对电导贡献大（d↑在Fermi面没有状态)

S↓电子被d↓(minority)电子散射，对电导贡献小(d↓有效质量太大)结果：电导的自旋相关因子Mott模型和GMR效应(1)Mott模型和GMR效应（2）

按Mott模型（看上图）1，电子自旋与所在层磁矩相同时，s电子与（Majority）d电子散射弱，

电子自旋与所在层磁矩相反时，s电子与（Minority）d电子散射强。

Mott模型和GMR效应（3）

2，如果，平均自由程（单层厚度）磁电阻比率其中，半导体存储器半导体PN结