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巨磁電阻
鎖定
- 中文名
- 巨磁電阻
- 外文名
- GMR
- 簡 寫
- GMR
- 定 義
- 磁性材料的電阻率在有外磁場作
- 原 理
- 根據導電的微觀機理
巨磁電阻簡介
巨磁阻效應(Giant Magnetoresistance,縮寫:GMR)是一種量子力學和凝聚體物理學現象,磁阻效應的一種,可以在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層(幾個納米厚)結構中觀察到。2007年諾貝爾物理學獎被授予發現巨磁阻效應(GMR)的彼得·格林貝格和艾爾伯·費爾。
這種結構物質的電阻值與鐵磁性材料薄膜層的磁化方向有關,兩層磁性材料磁化方向相反情況下的電阻值,明顯大於磁化方向相同時的電阻值,電阻在很弱的外加磁場下具有很大的變化量。巨磁阻效應被成功地運用在硬盤生產上,具有重要的商業應用價值。
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巨磁電阻現象
物質在一定磁場下電阻改變的現象,稱為“磁阻效應”,磁性金屬和合金材料一般都有這種磁電阻現象,通常情況下,物質的電阻率在磁場中僅產生輕微的減小;在某種條件下,電阻率減小的幅度相當大,比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10餘倍,稱為“巨磁阻效應”(GMR);而在很強的磁場中某些絕緣體會突然變為導體,稱為“超巨磁阻效應”(CMR)。
如圖1所示,左面和右面的材料結構相同,兩側是磁性材料薄膜層(藍色),中間是非磁性材料薄膜層(橘色)。
左面的結構中,兩層磁性材料的磁化方向相同。
右面的結構中,兩層磁性材料的磁化方向相反。
- 當一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相同的電子通過時,電子較容易通過,呈現小電阻;但較難通過第二層磁化方向與電子自旋方向相反的磁性材料,呈現大電阻。
巨磁電阻發現
格林貝格和於利希研究中心享有巨磁阻技術的一項專利,他最初提交論文的時間要比費爾略早一些(格林貝格於1988年5月31日,費爾於1988年8月24日),而費爾的文章發表得更早(格林貝格於1989年3月,費爾於1988年11月)。費爾準確地描述了巨磁阻現象背後的物理原理,而格林貝格則迅速看到了巨磁阻效應在技術應用上的重要性。
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巨磁電阻應用
巨磁阻效應在高密度讀出磁頭、磁存儲元件上有着廣泛的應用。隨着技術的發展,當存儲數據的磁區越來越小,存儲數據密度越來越大,這對讀寫磁頭提出更高的要求。巨磁阻物質中電流的增大與減小,可以定義為邏輯信號的0與1,進而實現對磁性存儲裝置的讀取。巨磁阻物質可以將用磁性方法存儲的數據,以不同大小的電流輸出,並且即使磁場很小,也能輸出足夠的電流變化,以便識別數據,從而大幅度提高了數據存儲的密度。
巨磁阻效應被成功地運用在硬盤生產上。1994年,IBM公司研製成功了巨磁電阻效應的讀出磁頭,將磁盤記錄密度提高了17倍,從而使得磁盤在與光盤的競爭中重新回到領先地位。目前,巨磁阻技術已經成為幾乎所有計算機、數碼相機和MP3播放器等的標準技術。
利用巨磁電阻物質在不同的磁化狀態下具有不同電阻值的特點,還可以製成磁性隨機存儲器(MRAM),其優點是在不通電的情況下可以繼續保留存儲的數據。
巨磁電阻參閲
- 參考資料
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- 1. Binasch, G.; Grunberg; Saurenbach; Zinn. Enhanced magnetoresistance in layered magnetic structures with antiferromagnetic interlayer exchange. Physical Review B. 1989, 39 (7): 4828.
- 2. Enhanced magnetoresistance in layered magnetic structures with antiferromagnetic interlayer exchange. G. Binasch, P. Grünberg, F. Saurenbach, and W. Zinn, Institut für Festkörperforschung, Kernforschungsanlage Jülich G.m.b.H., Postfach 1913, D-5170 Jülich, West Germany, 31 May 1988
- 3. Nanotechnology gives sensitive read-out heads for compact hard disks. Nobelprize.org, The Nobel Prize in Physics 2007, 9 October 2007.