[电阻开关是什么]巨磁电阻效应和巨磁电阻效应的应用

作者:易秋      发布时间:2021-04-23      浏览量:0
巨磁电阻效应是什么巨磁电阻效应是指材料的

巨磁电阻效应是什么

巨磁电阻效应是指材料的电阻率在有外磁场作用时没有外磁场作用时发生显着变化。一般来说,将其定义为GMR=其中(H)是指在磁场h作用下材料的电阻率(0)是指在无外磁场作用下材料的电阻率。磁场引起的磁性材料的电阻大变化(称为巨磁电阻效果)是磁性电子学的重要内容。室温下具有巨磁阻力效果的巨磁阻力材料目前有多种类型,如多层膜巨磁阻力材料、颗粒型巨磁阻力材料、氧化物型巨磁阻力材料、隧道结型磁阻力材料等。

巨磁阻力效应和层结构分析

所谓磁阻力效应是指导体或半导体在磁场作用下阻力值发生变化的现象,巨磁阻力效应是1988年彼得的吗?格林贝格和艾尔伯?费尔独立发现他们在2007年获得了诺贝尔物理学奖。研究表明,在Fe/Cr和Co/Cu等磁性多层膜中,铁磁性层被纳米级厚度的非磁性材料分离。在特定条件下,阻力减小的幅度相当大,比通常的磁性金属和合金材料的磁阻值高约10倍,这种现象被称为巨磁阻力效应。

巨磁阻力效果可以用量子力学说明,每个电子都可以自动旋转,电子的散射率取决于自动旋转方向和磁性材料的磁化方向。自旋方向与磁性材料磁化方向相同,电子散射率低,通过磁性层的电子多,呈现低阻抗。相反,自旋方向和磁性材料的磁化方向相反,电子散射率高,通过磁性层的电子少,此时呈现高阻抗。

基于巨磁阻力效果的传感器的感应材料主要有参考层和自由层。如图1所示,参考层具有固定磁化方向,其磁化方向不受外界磁场方向的影响。普通层为非磁性材料膜层,将两层磁性材料膜层隔开。自由层磁场方面随着外部平行磁场方向的变化而变化。

图1巨磁阻力结构

图2、电子自旋和磁化方向示意图

接下来介绍NVE公司型号为AA005-02的巨磁阻力传感器,磁化状态和阻力形式。

图3高阻力形式

图4下阻力形式

巨磁阻力效果的应用介绍

巨磁阻力效果自发现以来,开发硬盘体积小敏感的数据读取头(Read为Head)。这大大降低了存储单字节数据所需的磁性材料尺寸,大大提高了磁盘的存储能力。第一个商业生产的数据读取探针是IBM公司在1997年投入市场,到目前为止,巨磁阻力技术已经成为世界上大部分计算机、数码相机、MP3播放器的标准技术。

在Gronberg最初的工作中,他和他领导的小组只研究了由铁、铬、铁三层材料构成的样品,实验结果显示电阻下降了1.5%。Fert及其同事研究了由铁和铬组成的多层材料样品,电阻下降了50%。

阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔发现的巨大磁阻效创造了计算机硬盘存储密度提高50倍的奇迹。单以读头为例,1994年,IBM公司开发出巨大磁阻效应的读头,将磁盘记录密度提高了17倍。1995年,公布了每平方英寸3Gb硬盘面密度使用的读取头,创下了世界纪录。硬盘的容量从4GB上升到600GB以上。

目前,采用SPIN-VALVE材料开发的新一代硬盘读取头,将存储密度提高到560亿位/平方英寸,该类头占头市场的90%~95%。随着低阻高信号的TMR获得,存储密度达到1000亿位/平方英寸。

2007年9月13日,世界上最大的硬盘制造商希捷科学技术在北京宣布,其旗下是世界上最大的数字视频视频(DVR)和家庭媒体中心采用的第四代DB35系列硬盘,现已达到1TB(1000GB)容量由于巨大磁阻材料,存储密度近年来每年增长3~4倍。由于磁头是由多层不同材料薄膜构成的结构,因此在巨大磁阻效应仍发挥作用的尺度范围内,将来可以进一步缩小硬盘体积,提高硬盘容量。

除了读出磁头外,巨磁阻力效应同样可用于测量位移、角度等传感器,可广泛应用于数控机床、汽车导航、非接触开关和旋转编码器,与光电等传感器相比,具有功耗小、可靠性高、体积小、工作条件差等优点。目前,我国国内也有巨大磁阻基础研究和设备开发的良好基础。中国科学院物理研究所和北京大学等大学对巨磁阻多层膜、巨磁阻颗粒膜和巨磁阻氧化物进行了深入研究。中国科学院计算技术研究所在磁膜随机存储器、膜头、MIG头的研发方面取得了显著成果。北京科技大学对原子和纳米尺度低维材料微结构表征的研究和大磁矩膜的研究水平很高。

今天,移动硬盘、MP3播放器等盘驱设备随处可见,每天我们都可以把这些小巧精致的科技产品放在衣袋里随身携带,随时享受给我们带来的便利和快乐,但为了这一刻的到来,伟大的公司和伟大的科学家一起,付出了难以计算的智慧和辛苦。巨磁电阻效果的发现缩小了硬盘的体积,但容量变大了。