各向异性磁电阻测量-南京大学

实验10.1各向异性磁电阻测量南京大学物理学院一、实验目的（1）初步了解磁性合金的各向异性磁电阻（AMR）；（2）初步掌握室温磁电阻的测量方法。二、实验原理 一些磁性金属和合金的AMR与技术磁化相对应，即与从退磁状态到趋于磁饱和的过程相应的电阻变化。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，即有各向异性。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。即有及。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，则。对于大多数材料，故AMR常定义为：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。图1Ni81Fe19薄膜的磁电阻曲线从图中可以看到，平行情况下，随着磁场的增大，电阻值也逐渐增大，直到饱和。而且在零磁场的两边，出现了双峰，这与前面的讨论也是吻合的。但是这里的R-H曲线呈现了一种奇怪的形状，即同支曲线的两边是不等高的，如下面那支曲线（从-6A到+6A扫描）的右边比左边明显要高，而且两支曲线在竖直方向上也错开了一段距离。我们在实验中观察到的一种现象，即在特定的H值下，我们保持H值不变，但是此时的R值却会随时间逐渐增大，这说明有某种磁场以外的因素使得R值随时间增大。这种增益因子或许可以解释上述曲线的奇怪之处，对于下面的那支曲线，由于我们是从左往右扫描的，随着时间流逝，增益因子使得右边的R值比左边多出了一些，因此曲线右边比左边高。而两支曲线的错位也可以用增益来说明，因为我们先测下面的曲线后测上面的曲线，增益使得上面的曲线产生了一定的“抬升”，因而比下面的曲线要高。但是具体是什么原因导致了这种增益因子，有待于进一步的实验，其中一种可能是热效应的影响。为了使增益因子的影响最小化，我们取下支曲线做计算。下支曲线中，，因此，2.磁场方向与电流方向垂直时R-H曲线如图，图5磁场方向与电流方向垂直时的R-H曲线从图中可以看到，垂直情况下，随着磁场的增大，电阻值逐渐减小，直到饱和。而且在零磁场的两边，出现了双峰，这与前面的讨论吻合。同样地，曲线的不对称和错位可以用增益因子来解释（见平行情况的讨论）。 取下支曲线做计算，其中，因此，3.和AMR由原理部分可知，由上述分析可知，在这种磁性材料中存在各项异性磁电阻效应，AMR并不大，实验结果为1.87%。六、实验注意事项1、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。2、实验结束时要将各个电源归零，关闭数字万用表。3、在记录过程中，在样品电压变化缓慢的区域，线圈电流可以调节得快一些，在样品电压变化快的区域，线圈电流要调节得缓慢。七、思考题（1）测量AMR后计算出的和是否相同，如不同说明什么问题？答：计算得到，从上面计算结果上看ρ0和ρav（2）按前述步骤手动测量的磁电阻曲线与自动测量出的磁电阻曲线有何异同，为什么？答：手动测量时如实验结果中图示，磁电阻曲线不对称，这主要是由于测量的时间比较长，测量的环境（主要是周围的温度）变化所致，手动测量时测量的周期比较长，环境变化比较大，如果改用自动测量，而且自动测量的周期比较短的话，那么就可以有效的减少环境变化对测量结果的影响，另外，手动测量时有一个好处就是，我们可以在电阻随磁场变化比较大的区域，让线圈电流变化的慢一些，突出这一区域的变化关系，而自动的却很难做到这点。（3）手动测量时如何更好的选择测量电流？答：当流过线圈的电流很大时，线圈发热的厉害，容易烧毁线圈，而磁电阻在磁场比较大时变化比较缓慢，故在手动测量时，我们在电流比较大的区域，电流变化的快一些，在电流比较小时，线圈发热不明显，我们可以慢慢测量，并且这一区域是磁电阻变化比较快的，所以在电流较小时，我们应适当减小线圈电流的变化步长，使得在这一区域测量的点多一些。（4）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，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