各向异性磁电阻

各向异性磁电阻测量Dad一、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：对于大多数材料ρ∥>AMR定义为：如果ρ0≠ρav，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ρ∥>ρ（０），ρ⊥<二、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、数字万用表三、实验注意事项1．经试验发现，多次测量时数据会有较大的偏差，因此最好一次性完成完整的测量，即使漏掉个别点也没关系，不必反向改变电流找漏掉的点。2．实验结束时要将各个电源归零，关闭数字万用表，因实验中电流较大，应注意安全。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。四、实验内容Ａ．方法1.将样品切成窄条，这在测AMR时是必需的。对磁性合金薄膜，饱和磁化时，样品电阻率有如下关系:

其中θ是磁场方向与电流方向的夹角。为保证电流有一确定方向，常用的方法是：（１）将样品刻成细线，使薄膜样品的宽度远远小于长度。（２）用平行电极，当电极间距远小于电极长度时，忽略电极端效应，认为两电极间的电流线是平行的。2.用非共线四探针法测电阻值，如图12.1-10所示。这种方法当数字微伏表内阻很大时，可以忽略探针接触电阻的影响，已在半导体、铁氧体、超导体等的电测量中广泛使用。B.测量测量Ｆｅ-Ｎｉ薄膜的ＡＭＲa.将大功率恒流源与亥姆霍兹线圈连接。b.将样品装上四探针夹具，并作如图12.1-9所示连接。c.将装好样品的夹具固定在亥姆霍兹线圈中心，并确保电流方向与磁场方向平行。d.将毫特斯拉计探头固定在样品附近。e.确保所有仪器调整旋钮均在输出为零位置，启动所有测量仪器，预热５～１５分钟，并作校准。f.调整精密恒流源输出，使测量电流（流过样品的电流）为１～１００ｍＡ范围内的某个确定电流，具体大小视样品情况与测量仪表精度决定。g.调节大功率恒流源输出电流，从零开始，逐点增大，以改变磁场大小，逐点记录大功率恒流源输出电流值、毫特斯拉计显示的磁场大小、数字微伏表显示的电压值。注意开始时磁场变化的步距要小。h.当磁场继续增大，微伏表显示电压值基本不变时，将大功率恒流源输出电流逐点减小，仍作上述记录。i.当大功率恒流源输出电流降到零时，将输出极性反向。j.再重复ｇ、ｈ两步测量、记录。k.将样品夹具转９０°固定好，确保电流方向与磁场方向垂直，再重复ｅ-ｊ步测量、记录。1.关闭所有仪器电源，将与亥姆霍兹线圈连接的恒流源换接成大功率扫描电源。将毫特斯拉计输出端与电脑Ｘ-Ｙ记录仪的Ｘ输入端连接，将微伏表的放大输出端与电脑Ｘ-Ｙ记录Ｙ输入端连接，将电脑Ｘ-Ｙ记录仪控制输出端与大功率扫描电源控制端连接。m.启动所有仪器，预热５～１５分钟后，在计算机上启动自动测量记录程序，自动测出磁电阻曲线，将样品夹具转９０°再自动测出另一方向的磁电阻曲线。n.将手动测量记录的数据，绘制Ｒ-Ｈ曲线（横坐标为磁场大小，纵坐标为电阻大小）。o.计算出ρａｖ，饱和磁化时间Δρ∥、Δρ⊥以及ＡＭＲ。五、实验数据处理1.磁场与样品电流平行的情况，由实验数据所得图像如下：两条曲线分别对应着电流增大和减小两种情况下的测的电压随着电流的变化值。由上图可以看出，两条峰并没有重合，而且峰值并没有在零点。求平均值可得：ρ∥时电压为5.364mv，ρ（0）时电压为5.244mv。2、磁场与样品电流垂直的情况如下图：求平均值可得：ρ⊥是电压为5.140mV，ρ（0）电压为5.198mV，取ρ（0）电压平均值为5.221mV。（1）由公式可以算出ρａｖ时的电压值为5.215mv。（2）Δρ∥=ρ∥-ρ（0）∝0.143mVΔρ⊥=ρ⊥-ρ（0）∝-0.081mv（3）AMR=（0.143+0.081）/5.221=4.3%实验中由于采用了手动调节磁场的大小，通过电流的大小来调节磁场，而在调节过程中，实验仪器的精确度和计数的精确度给实验带来了一定的误差。对于计数的步距，当电压变化比较小时，步距可以大一些，当电流靠近零点时,此时电压的变化值比较大，因而步距要减小。在调节电流的过程中，手最好不要离开旋转按钮，实验中发现手离开的瞬间，电流值由一定的波动，给实验测量带来不便。五、思考题（1）测量AMR后计算出的ρ0答：从上面计算结果上看ρ0和ρav不相同(2)按前述步骤手动测量的磁电阻曲线与自动测量的磁电阻曲线有何异同，为什么？手动测量误差比较大，而自动测量误差比较小，由于实验中并没有自动测量，曲线差异无法得知。由实验误差引起的情况可以看出自动测量的图形波动没有那么明显。在非零点应该基本上是一条直线，在零点附近出现峰值。(3)手动测量与自动测量时如何更好的选择流过样品的电流的大小？对于选取的电流根据样品的的情况和测量仪表的精度所决定，电流值不能太大，否则会引起样品的发热而引起实验误差，本实验中选取的电流值为6mA。(4)测量中如何减小热效应对测量的影响？1.实验过程不能太长，否侧由电流长时间会引起热效应。2.通过样品的恒流不能太大，要适中，电流越大，引起的热效应越明显。3.调节磁场电流的值不能太大，最好不