磁性材料及巨磁电阻效应简介

磁性材料及巨磁电阻效应简介物理系 隋淞印学号SC11002094引言性的生疏源远流长。l8世纪初期(1900-1932)，FeSi、FeNi、FeCoNi磁性合金人工制备成功，并广泛地3d50过渡族的磁性土—3d过渡族化合物领域的历史性开端。1983年，高磁能积的钕铁硼(Nd—FeB)TbFe巨磁致收缩材料与稀土磁光材料的问世更丰富了稀土一3d1972年的非晶磁性20料之一。磁性材料的分类类：(1)按静磁特性：即依据静态磁滞回线上的参量，如矫顽力、剩磁等来确定度。(2)按穿插耦合效应：分为磁光、磁热、磁致收缩、旋磁、吸波材料。按反(3)化合物以及其复合磁性材料。按维度分类：可分为纳米(零维、一维、二维)、颗粒膜、非晶、纳米微晶、块体磁性材料。按磁有序构造分类：可分为铁磁、亚铁磁、反铁磁、超顺磁材料。按应用分类：可分为永磁、软磁、磁记录、旋磁、磁致收缩、磁传感器、隐身、磁制冷等材料。巨磁电阻效应〔GMR〕磁电阻效应(Magnetoresistance，MR)是指材料在外磁场下电阻发生转变的首次觉察，常规的铁磁材料，如铁、钴、镍，它们(Anisotropic作用，通常铁磁材料的磁电阻效应很小，只有百分之几。Johnson制造了储单元产生较强的磁场，因此存储单元很大，密度很小，最大只能到达20Mb／in2。直到20世纪80年月末期，IBM在技术上实现了突破，成功地在硬盘读出头中到达了5Gb／in2。在1988年之前，人们通常认为磁电阻效应很难再在Thomson的高硬盘的存储密度，这意味着磁盘技术将被光盘所淘汰。因此，当1988年AlbertFert和PeterGrunberg分别领导的两个独立的争论小组在磁性多层膜中觉察了巨磁电阻效应时，马上引起了科学家与企业界的关注。所谓巨磁电阻效应，是指材2023年诺贝尔物理学奖授予了独立觉察该效应的法国科学家AlbertFert和德国科学家PeterGrunbergGMR传感器。与传统的磁阻传感器相比，GMR传感器具有灵敏度高、牢靠性好、测量范围宽、抗恶劣环境、体积小等优点，有广泛的应用前景。巨磁电阻效应是在由铁磁和非磁金属材料重复堆叠而成的磁性多层膜中觉察的，其中每一层的厚度只有几个原子层。AlbertFert和PeterGrunberg不仅全的物理机制，是与的各向异性磁电阻效应完全不同的物理机制。FertGrunberg利。巨磁电阻效应的觉察，也就格外圆满的与诺贝尔奖失之交臂。从巨磁电阻效应的觉察开头，对磁性薄膜的争论完全转入了磁电子学的争论。仅仅6年之后，1994年IBM的科学家StuartParkin依据这一物理原理，研制出灵敏度很高的硬盘读出磁头，将硬盘存储密度一下子提高了17倍。3年之后，IBM20Gb的硬盘已经被配置到大多2023得硬盘技术发生了革命性的变化，促成了上百亿美元的产业。全技术和商业产品的很好例如。巨磁电阻效应的应用及展望效应在以下三个方面的应用。巨磁电阻传感器传统磁电阻传感器主要有半导体(InSb具有MRMR数值不高GMR元件具有巨大的GMR值和较优越性。承受GMR材料制作磁性旋转编码器，除具有灵敏度高、准确性好的特点速度、角度、转速传感器。IBM公司的Parker等对基于NiFe／Ag的各种类型多层膜GMRGMR传感器具有乐观的指导作用。高密度和超高密度磁记录读磁头由于此时对应于每个记录位的磁通量是微弱的假设承受薄膜磁电阻磁头读取信的手段。但一般薄膜磁电阻磁头的各向异性磁电阻(AMR)最大不超过6%，磁电阻变化的磁场灵敏度最大约为0．4%／Oe，所需外场约400A／m。这些特性使得一般薄膜磁电阻磁头，如NiFe合金薄膜所能实现的磁记录信息的密度仍受到肯定的限制，迄今所获得的最高水平为3Gb／in2。而巨磁电阻薄膜的GMR在室温下可达l0%～30%，磁场灵敏度可达1～8%／Oe。因而在超高密度磁记录读磁头上极具竞争力。1994年IBM公司宣布首次利用GMR盘系统的记录密度到达10Gb／in2，超过现有光盘记录密度。GMR随机存储器(MRAM)目前计算机RAM多承受si集成电路组成的易丧失性的动态及静态随机存储器(DRAM及SRAM)，DRAM存储量大，价格低，但速度较慢(约10ms量级)；SRAM的速DRAM这一类磁电子器件带来了的曙光并使之得到高速的进展。Pohm和Brown等利用GMR在0．9cm2的面积上实现了l6Mhit的MRAM及由此在一个6in盘片上获得了一个存储量达256Mbyte的随机存储器。Tang等报导了基于自旋阀的MRAM单元设计方NiFe／cu／NiFe／MnFe一层磁性层的磁性被反铁磁性的MnFe条的宽度小于磁畴畴壁厚度(约1um)时，磁性自由层表现出单畴磁性，即它只存储密度高于一般SRAM；单元条的开关时间小于2ns(主要受试验回路RC时