超巨磁電阻效應

所謂超巨磁阻效應，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較無外磁場作用時存在巨大變化的現象。巨磁阻是一種量子力學效應，它產生於層狀的磁性薄膜結構。這種結構由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。當鐵磁層的磁矩相互平行時，載流子與自旋有關的散射最小，材料有最小的電阻；當鐵磁層的磁矩為反平行時，與自旋有關的散射最強，材料的電阻最大。 ^[2] 

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，但在某種條件下，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)。巨磁阻效應是一種量子力學和凝聚態物理學現象，是磁阻效應的一種，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。

1988年，巴黎十一大學固體物理實驗室物理學家阿爾貝-費爾( AlbertFert)的小組將鐵、鉻薄膜交替製成幾十個週期的鐵一鉻超品格，也稱為週期性多層膜，發現當改變磁場強度時，超晶格薄膜的電阻下降近一半，即磁電阻比率達到50%。阿爾貝·費爾用兩電流模型解釋這種物理現象，並把這種效應命名為巨磁阻效應。

1990年，IBM公司的斯圖爾特·帕金(S.P.Parkin)首次報道了除鐵-鉻超晶格，還有鈷-釕和鈷-鉻超品格也具有巨磁電阻效應。在隨後的幾年，帕金和世界範圍的科學家在過渡金屬超晶格和金屬多層膜中找到了20種左右具有巨磁電阻振盪現象的不同體系。

2007年諾貝爾物理學獎授予了巨磁電阻效應的發現者——法國物理學家阿爾貝·費爾和德國物理學家彼得·格倫貝格爾。瑞典皇家學會在諾貝爾獎官方網站的介紹中指出，GMR效應應該算是納米技術在現實中最早的應用。諾貝爾獎評審委員會在宣佈2007年諾貝爾物理獎歸屬時説，這是一次“好奇心導致的發現”i但其隨後的應用卻不啻為革命性的，因為它使得計算機硬盤的容量從幾十MB、幾百MB，一躍而提高了幾百倍，達到幾十GB乃至上百GB (1GB=1024MB)。 ^[2] 

在某些通有電流的物體上施加一定強度的磁場時，其電阻會發生變化，這種磁致電阻變化的現象稱為磁電阻效應。磁性金屬和合金材料一般都能產生這種現象。

對大多數金屬，電阻的變化是正的，過渡金屬的合金及某些狀態下的鐵磁體中，其變化是負的。對於半導體，磁電阻效應更顯著，特別是銻化銦中，產生磁電阻效應的基本原因是洛倫茲力使載流子的運動方向發生偏折，產生橫向電場，改變了載流子的漂移路徑，一般是導致其平均漂移路徑增大，從而加大了電阻，依據磁電阻效應制作的磁敏電阻。可用於檢測設備和各種傳感裝置。

巨磁阻效應是在鐵磁金屬/非鐵磁金屬/鐵磁金屬的三層或多層納米結構中發現的。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，其電阻在很弱的外加磁場下，能夠產生很大的變化。

巨磁阻效應是一種量子力學和凝聚態物理學現象，於1988年由德國的彼得·格林貝格和法國的艾爾伯·費爾分別獨立地發現。兩位發現者因此共同獲得2007年諾貝爾物理學獎。 ^[1] 

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，巨磁阻物質中電流的增大與減小，可定義為邏輯信號的0與1，實現對磁性存儲裝置的讀取；將存儲的數據以不同大小的電流進行輸出時，即使磁場很微弱也能產生足夠的電流變化以供識別，從而大幅度提高了數據存儲的密度。

巨磁阻效應具有重要的商業應用價值，已經被成功地運用於硬盤的生產，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；隹技術二巨磁電阻物質還可用於製作磁性隨機存儲器(MRAM)，巨磁阻效應可用於微弱磁場探測器。 ^[1]