什么是巨磁電阻效應(yīng)？ 什么是巨磁電阻效應(yīng)(GMR)?效應(yīng)產(chǎn)生的條件、機理及應(yīng)用
巨磁阻到底是什么？巨磁阻又稱特大磁電阻，龐磁電阻等~其MR(磁電阻)可高達10^6%！
諾貝爾評委會主席佩爾·卡爾松用比較通俗的語言解答了這個問題。他用兩張圖片的對比說明了巨磁阻的重大意義：一臺1954年體積占滿整間屋子的電腦，和一個如今非常普通、手掌般大小的硬盤。正因為有了這兩位科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，單位面積介質(zhì)存儲的信息量才得以大幅度提升。目前，根據(jù)該效應(yīng)開發(fā)的小型大容量硬盤已得到了廣泛的應(yīng)用。
正如一位中國科研人員所言：“看看你的計算機硬盤存儲能力有多大，就知道他們的貢獻有多大了。”或許我們這才明白，司空見慣的筆記本電腦、MP3、U盤等消費品，居然都閃爍著耀眼的科學(xué)光芒。諾貝爾獎并不總是代表著深奧的理論和艱澀的知識，它往往就在我們身邊，在我們不曾留意的日常生活中。 [編輯本段]巨磁阻效應(yīng)發(fā)現(xiàn) 早在1988年，費爾和格林貝格爾就各自獨立發(fā)現(xiàn)了這一特殊現(xiàn)象：非常弱小的磁性變化就能導(dǎo)致磁性材料發(fā)生非常顯著的電阻變化。那時，法國的費爾在鐵、鉻相間的多層膜電阻中發(fā)現(xiàn)，微弱的磁場變化可以導(dǎo)致電阻大小的急劇變化，其變化的幅度比通常高十幾倍，他把這種效應(yīng)命名為巨磁阻效應(yīng)（Giant Magneto-Resistive，GMR）。有趣的是，就在此前3個月，德國優(yōu)利希研究中心格林貝格爾教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在具有層間反平行磁化的鐵/鉻/鐵三層膜結(jié)構(gòu)中也發(fā)現(xiàn)了完全同樣的現(xiàn)象。 [編輯本段]巨磁阻效應(yīng)概念 所謂巨磁阻效應(yīng)，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象。巨磁阻是一種量子力學(xué)效應(yīng)，它產(chǎn)生于層狀的磁性薄膜結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。當(dāng)鐵磁層的磁矩相互平行時，載流子與自旋有關(guān)的散射最小，材料有最小的電阻。當(dāng)鐵磁層的磁矩為反平行時，與自旋有關(guān)的散射最強，材料的電阻最大。上下兩層為鐵磁材料，中間夾層是非鐵磁材料。鐵磁材料磁矩的方向是由加到材料的外磁場控制的，因而較小的磁場也可以得到較大電阻變化的材料。
眾所周知，計算機硬盤是通過磁介質(zhì)來存儲信息的。一塊密封的計算機硬盤內(nèi)部包含若干個磁盤片，磁盤片的每一面都被以轉(zhuǎn)軸為軸心、以一定的磁密度為間隔劃分成多個磁道，每個磁道又被劃分為若干個扇區(qū)。
磁盤片上的磁涂層是由數(shù)量眾多的、體積極為細小的磁顆粒組成，若干個磁顆粒組成一個記錄單元來記錄1比特（bit）信息，即0或1。磁盤片的每個磁盤面都相應(yīng)有一個磁頭。當(dāng)磁頭“掃描”過磁盤面的各個區(qū)域時，各個區(qū)域中記錄的不同磁信號就被轉(zhuǎn)換成電信號，電信號的變化進而被表達為“0”和“1”，成為所有信息的原始譯碼。
最早的磁頭是采用錳鐵磁體制成的，該類磁頭是通過電磁感應(yīng)的方式讀寫數(shù)據(jù)。然而，隨著信息技術(shù)發(fā)展對存儲容量的要求不斷提高，這類磁頭難以滿足實際需求。因為使用這種磁頭，磁致電阻的變化僅為1％～2％之間，讀取數(shù)據(jù)要求一定的強度的磁場，且磁道密度不能太大，因此使用傳統(tǒng)磁頭的硬盤最大容量只能達到每平方英寸20兆位。硬盤體積不斷變小，容量卻不斷變大時，勢必要求磁盤上每一個被劃分出來的獨立區(qū)域越來越小，這些區(qū)域所記錄的磁信號也就越來越弱。
1997年，全球首個基于巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭問世。正是借助了巨磁阻效應(yīng)，人們才能夠制造出如此靈敏的磁頭，能夠清晰讀出較弱的磁信號，并且轉(zhuǎn)換成清晰的電流變化。新式磁頭的出現(xiàn)引發(fā)了硬盤的“大容量、小型化”革命。如今，筆記本電腦、音樂播放器等各類數(shù)碼電子產(chǎn)品中所裝備的硬盤，基本上都應(yīng)用了巨磁阻效應(yīng)，這一技術(shù)已然成為新的標(biāo)準(zhǔn)。 [編輯本段]巨磁阻效應(yīng)應(yīng)用 巨磁阻效應(yīng)自從被發(fā)現(xiàn)以來就被用于開發(fā)研制用于硬磁盤的體積小而靈敏的數(shù)據(jù)讀出頭（Read Head）。這使得存儲單字節(jié)數(shù)據(jù)所需的磁性材料尺寸大為減少，從而使得磁盤的存儲能力得到大幅度的提高。第一個商業(yè)化生產(chǎn)的數(shù)據(jù)讀取探頭是由IBM公司于1997年投放市場的，到目前為止，巨磁阻技術(shù)已經(jīng)成為全世界幾乎所有電腦、數(shù)碼相機、MP3播放器的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
在Grünberg最初的工作中他和他領(lǐng)導(dǎo)的小組只是研究了由鐵、鉻（Chromium）、鐵三層材料組成的樣品，實驗結(jié)果顯示電阻下降了1.5%。而Fert及其同事則研究了由鐵和鉻組成的多層材料樣品，使得電阻下降了50%。
阿爾貝·費爾和彼得·格林貝格爾所發(fā)現(xiàn)的巨磁阻效應(yīng)造就了計算機硬盤存儲密度提高50倍的奇跡。單以讀出磁頭為例，1994年，IBM公司研制成功了巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭，將磁盤記錄密度提高了17倍。1995年，宣布制成每平方英寸3Gb硬盤面密度所用的讀出頭，創(chuàng)下了世界記錄。硬盤的容量從4ＧB提升到了600ＧB或更高。
目前，采用SPIN-VALVE材料研制的新一代硬盤讀出磁頭，已經(jīng)把存儲密度提高到560億位/平方英寸，該類型磁頭已占領(lǐng)磁頭市場的90%～95%。隨著低電阻高信號的TMR的獲得，存儲密度達到了1000億位/平方英寸。
2007年9月13日，全球最大的硬盤廠商希捷科技（Seagate Technology）在北京宣布，其旗下被全球最多數(shù)字視頻錄像機（DVR）及家庭媒體中心采用的第四代DB35系列硬盤，現(xiàn)已達到1TB（1000GB）容量，足以收錄多達200小時的高清電視內(nèi)容。正是依靠巨磁阻材料，才使得存儲密度在最近幾年內(nèi)每年的增長速度達到3～4倍。由于磁頭是由多層不同材料薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，因而只要在巨磁阻效應(yīng)依然起作用的尺度范圍內(nèi)，未來將能夠進一步縮小硬盤體積，提高硬盤容量。
除讀出磁頭外，巨磁阻效應(yīng)同樣可應(yīng)用于測量位移、角度等傳感器中，可廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機床、汽車導(dǎo)航、非接觸開關(guān)和旋轉(zhuǎn)編碼器中，與光電等傳感器相比，具有功耗小、可靠性高、體積小、能工作于惡劣的工作條件等優(yōu)點。目前，我國國內(nèi)也已具備了巨磁阻基礎(chǔ)研究和器件研制的良好基礎(chǔ)。中國科學(xué)院物理研究所及北京大學(xué)等高校在巨磁阻多層膜、巨磁阻顆粒膜及巨磁阻氧化物方面都有深入的研究。中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所在磁膜隨機存儲器、薄膜磁頭、MIG磁頭的研制方面成果顯著。北京科技大學(xué)在原子和納米尺度上對低維材料的微結(jié)構(gòu)表征的研究及對大磁矩膜的研究均有較高水平。
來自劍橋大學(xué)的一位物理學(xué)家Tony Bland介紹說：“這些材料一開始看起來非常玄秒，但是最后發(fā)現(xiàn)它們有非常巨大的應(yīng)用價值。它們?yōu)樯a(chǎn)商業(yè)化的大容量信息存儲器鋪平了道路。同時它們也為進一步探索新物理——比如隧穿磁阻效應(yīng)（TMR: Tunneling Magnetoresistance）、自旋電子學(xué)（Spintronics）以及新的傳感器技術(shù)——奠定了基礎(chǔ)。但是大家應(yīng)該注意到的是：巨磁阻效應(yīng)已經(jīng)是一種非常成熟的舊技術(shù)了，目前人們感興趣的問題是如何將隧穿磁阻效應(yīng)開發(fā)為未來的新技術(shù)寵兒。”
所謂巨磁電阻效應(yīng)是指材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在顯著變化的現(xiàn)象。一般將其定義為GMR＝其中（H）為在磁場H作用下材料的電阻率（0）指無外磁場作用下材料的電阻率。由外加磁場引起的一些磁性材料的電阻巨大變化(稱為巨磁電阻效應(yīng))便是磁電子學(xué)中一項重要內(nèi)容。在室溫下具有巨磁電阻效應(yīng)的巨磁電阻材料目前已有許多種類，例如，多層膜巨磁電阻材料，顆粒型巨磁電阻材料，氧化物型巨磁電阻材料，隧道結(jié)型磁電阻材料等。
什么是巨磁電阻效應(yīng)?
巨磁電阻效應(yīng)是一種在特定材料中發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象。該效應(yīng)是指在某些材料中，當(dāng)施加微小的磁場變化時，其電阻會顯著改變。這種現(xiàn)象在材料科學(xué)領(lǐng)域中具有極大的研究價值，尤其是在磁性傳感器和自旋電子學(xué)器件的應(yīng)用方面。巨磁電阻效應(yīng)的工作原理涉及復(fù)雜的量子力學(xué)和固態(tài)物理原理，具體包括材料中的自旋、電子軌道...
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具體來說，磁電阻效應(yīng)的產(chǎn)生源于磁場對載流子運動的影響。磁場會導(dǎo)致載流子的運動軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而增加它們與材料中其他粒子的碰撞幾率，導(dǎo)致電阻增大。相反，當(dāng)磁場方向與載流子運動方向平行時，載流子運動更為順暢，電阻則可能減小。巨磁阻效應(yīng)是一種特殊的磁電阻效應(yīng)，指在強磁場作用下，某些材料的電阻會...
什么是巨磁電阻效應(yīng)?
巨磁電阻效應(yīng)，簡單來說，是一種磁性材料在外部磁場影響下的獨特現(xiàn)象，表現(xiàn)為其電阻率相較于無磁場狀態(tài)下會有顯著的變化。這個效應(yīng)可以用公式GMR＝(H)\/(H+0)來描述，其中GMR表示在磁場H作用下的電阻率與無磁場(0)狀態(tài)下的電阻率之比。這種由于磁場引起的電阻巨大變化在磁電子學(xué)領(lǐng)域中占據(jù)著核心地位...
巨磁阻效應(yīng)巨磁阻效應(yīng)概念
巨磁阻效應(yīng)（Giant Magnetoresistance，GMR）是量子力學(xué)與凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一種獨特現(xiàn)象，它屬于磁阻效應(yīng)的一種特殊表現(xiàn)形式。在特定的結(jié)構(gòu)中，即磁性材料與非磁性材料僅以幾個納米的薄層間隔，這種現(xiàn)象變得顯著。在這個復(fù)合材料中，其電阻值并非恒定，而是會受到內(nèi)部磁性薄膜層磁化方向的直接影響。當(dāng)兩層...
巨磁電阻定義
巨磁電阻（GMR）效應(yīng)是一種獨特的物理現(xiàn)象，它描述的是磁性材料在外部磁場存在時，其電阻率與無磁場時相比會發(fā)生顯著的變化。這個變化可以用公式gmr = (h) - (0)來表示，其中(h)指的是在磁場h作用下的材料電阻率，而(0)則是指在無外磁場條件下的電阻率。這一效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)具有重大意義，它推動了...
巨磁電阻磁電轉(zhuǎn)換特性描述
巨磁電阻（GMR）效應(yīng)是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在顯著變化的現(xiàn)象，一般將其定義為gmr＝其中（h）為在磁場h作用下材料的電阻率（0）指無外磁場作用下材料的電阻率。根據(jù)這一效應(yīng)開發(fā)的小型大容量計算機硬盤已得到廣泛應(yīng)用。磁性金屬和合金一般都有磁電阻現(xiàn)象，所謂磁電阻...
巨磁電阻效應(yīng)原理是什么
巨磁電阻效應(yīng)原理 答案：巨磁電阻效應(yīng)原理是指在強磁場下，某些材料的電阻值會發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象。詳細解釋：1. 基本原理概述：巨磁電阻效應(yīng)是一種在特定條件下，材料電阻值大幅度變化的物理現(xiàn)象。這一現(xiàn)象發(fā)生在強磁場環(huán)境中，某些特定的材料會受到磁場影響，導(dǎo)致其電阻值發(fā)生明顯改變。2. 材料的選擇與...
巨磁電阻效應(yīng)是什么?
巨磁電阻效應(yīng)是指對通電的金屬或半導(dǎo)體施加磁場作用時會引起電阻值的變化。其全稱是磁致電阻變化效應(yīng)。巨磁阻是一種量子力學(xué)效應(yīng)，它產(chǎn)生于層狀的磁性薄膜結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。當(dāng)鐵磁層的磁矩相互平行時，載流子與自旋有關(guān)的散射最小，材料有最小的電阻。巨磁電阻...
巨磁電阻是什么
當(dāng)材料處于磁場中時，其電阻率會急劇下降，相較于常規(guī)磁性金屬合金的磁電阻，這種變化幅度可高達10倍以上。這一特性使得巨磁電阻在存儲磁信號方面展現(xiàn)出了強大的能力，尤其是在需要在小空間內(nèi)高效記錄信息的場合中尤為突出。巨磁電阻效應(yīng)源于電磁場的作用，具體來說，它描述的是磁性材料在有磁場時，其...
巨磁電阻的基本簡介
巨磁電阻的基本簡介 巨磁電阻是一種在特定材料中發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是指在強磁場作用下，材料的電阻值會發(fā)生顯著變化。簡單來說，當(dāng)外部磁場作用于這些材料時，其內(nèi)部的電子自旋方向會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻的急劇增加或減小。詳細解釋 1. 定義與發(fā)現(xiàn)：巨磁電阻效應(yīng)是指某些材料在受到強磁場作用時...
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鎮(zhèn)遠縣減壓： ______ GMR(Giant Magneto Resistive,巨磁阻效應(yīng)).是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象.巨磁阻是一種量子力學(xué)效應(yīng),它產(chǎn)生于層狀的磁性薄膜結(jié)構(gòu).這種結(jié)構(gòu)是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成.當(dāng)鐵磁層的磁矩相互平行時,載流子與自旋有關(guān)的散射最小,材料有最小的電阻.當(dāng)鐵磁層的磁矩為反平行時,與自旋有關(guān)的散射最強,材料的電阻最大.上下兩層為鐵磁材料,中間夾層是非鐵磁材料.鐵磁材料磁矩的方向是由加到材料的外磁場控制的,因而較小的磁場也可以得到較大電阻變化的材料.
鎮(zhèn)遠縣減壓： ______[選項] A. 電磁鐵的左端是S極 B. 滑片P向左滑動時電磁鐵的磁性減弱 C. 滑片P向左滑動時指示燈變亮 D. 滑片P向左向右滑動時指示燈亮度不變
鎮(zhèn)遠縣減壓： ______[答案] (1)先閉合S2,再閉合S1時,GMR所處的位置由無磁場變?yōu)橛写艌?GMR的阻值減小,由圖電路的總電阻減小, 由I= U R可知,由圖中的電流增大, 由P=I2R可知,指示燈的實際功率增大,指示燈變亮; (2)因串聯(lián)電路中電阻越大分得的電壓越大...
鎮(zhèn)遠縣減壓： ______[答案] 巨、龐等都是形容磁電阻效應(yīng)大小的具有顯著磁電阻效應(yīng)的磁性材料.強磁性材料在受到外加磁場作用時引起的電阻變化,稱為磁電阻效應(yīng).不論磁場與電流方向平行還是垂直,都將產(chǎn)生磁電阻效應(yīng).前者(平行)稱為縱磁場效應(yīng),后...
鎮(zhèn)遠縣減壓： ______[答案] (1)由左圖可知,滑動變阻器的滑片P向左滑動時,其接入電路中電阻變小,總電阻減小, 電源電壓恒定,由I= U R可知,電路中的電流變大,即電流表示數(shù)變大; 因電磁鐵磁性的強弱與線圈匝數(shù)和通過的電流有關(guān),且匝數(shù)不變,通過的電流越大,...
鎮(zhèn)遠縣減壓： ______[答案] 如果閉合S1、S2并使滑片向左滑動,左側(cè)電路中的電阻減小,根據(jù)歐姆定律可知,左側(cè)電路中的電流變大,電磁鐵的磁性增強; 巨磁電阻(GMR)與周圍的磁場有關(guān),且巨磁電阻的阻值隨磁場的增強而明顯減小; 右圖中,由于巨磁電阻(GMR)...
鎮(zhèn)遠縣減壓： ______ 1.巨磁電阻(GMR)效應(yīng)是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在顯著變化的現(xiàn)象,一般將其定義為gmr=其中(h)為在磁場h作用下材料的電阻率(0)指無外磁場作用下材料的電阻率.根據(jù)這一效應(yīng)開發(fā)的小型大容量...
鎮(zhèn)遠縣減壓： ______ 具有顯著磁電阻效應(yīng)的磁性材料.強磁性材料在受到外加磁場作用時引起的電阻變化,稱為磁電阻效應(yīng).不論磁場與電流方向平行還是垂直,都將產(chǎn)生磁電阻效應(yīng).前者(平行)稱為縱磁場效應(yīng),后者(垂直)稱為橫磁場效應(yīng).一般強磁性材料的磁電阻率(磁場引起的電阻變化與未加磁場時電阻之比)在室溫下小于8%,在低溫下可增加到10%以上.已實用的磁電阻材料主要有鎳鐵系和鎳鈷系磁性合金.室溫下鎳鐵系坡莫合金的磁電阻率約1%~3%,若合金中加入銅、鉻或錳元素,可使電阻率增加;鎳鈷系合金的電阻率較高,可達6%.與利用其他磁效應(yīng)相比,利用磁電阻效應(yīng)制成的換能器和傳感器,其裝置簡單,對速度和頻率不敏感.磁電阻材料已用于制造磁記錄磁頭、磁泡檢測器和磁膜存儲器的讀出器等.
鎮(zhèn)遠縣減壓： ______ 巨、龐等都是形容磁電阻效應(yīng)大小的 具有顯著磁電阻效應(yīng)的磁性材料.強磁性材料在受到外加磁場作用時引起的電阻變化,稱為磁電阻效應(yīng).不論磁場與電流方向平行還是垂直,都將產(chǎn)生磁電阻效應(yīng).前者(平行)稱為縱磁場效應(yīng),后者(垂...
