巨磁阻抗效应简介
由于巨磁阻抗效应在磁记录头和传感器中的巨大应用前景，非晶丝和带中的巨磁阻抗效应 (Giant Magneto-impedance GMI)的研究在最近几年引起了广泛的关注。本文将简要介绍最近几年来有关巨磁阻抗效应理论的研究概况，并综述巨磁阻抗材料的研究进展。
GMI 效应与在外磁场作用下软磁导体的交流(AC)阻抗的变化密切相关。可以在经典电动力学的理论框架下予以解释。众所周知，当射频电流流过导体时，在导体的横截面上其电流分右并不均匀。由于趋肤效应，电流主要集中在导体表面。电流密度从表面到内部的变化，可用趋肤深度表示：ωμρ/2=? 式中，ω是射频电流角频率，ρ是导体的电阻率，μ是材料的磁导率。在非铁磁材料中， 与频率和外加直流场无关，而铁磁材料的磁导率不但与频率、AC 磁场幅度有关，而且还与其它参数有关。如外加直流场的大小与方向、机械应变、温度等。GMI 效应的起源主要就在于软磁材料的磁导率与外加直流场密切相关。 由于电流流过导体时能产生圆周方向或切向的磁场(对丝称圆周方向，对带称切向)，具有圆周礁导率的材料是实际应用最感兴趣。非晶或纳米晶台金软磁材料的磁导率可由感生各向异性和一定的磁畴结构得到有效的控制实验 结果和理论分析都证证实材料具有切向各向异性有利于获得显著的GMI 效应。GMI 的理论分析对更好地理解现有实验结果及指导研究具有显著的GMI 效应的新材料有着重要的意义在实际铁磁材料中的趋肤效应比非铁磁材料的趋肤效应更复杂。基于趋肤效应的理论模型要描述GMI 效应的各种现象是困难的。 目前，提出的几种GMI 效应的理论的主要任务都是寻找有效切向磁导率的近似公式。以描述在轴向AC 电流的激励下特定磁畴结构的响应。畴壁位移和磁畴转动均对磁导率有贡献。准静态模型就考虑了畴壁位移和礁畴转动由于这些模 型没有考虑与磁化强度快速运动的动态效应只有在低频情况下应用。 从理论上考虑受 涡流阻尼的畸壁运动对GMI 的影响，发现随激励频率的增加，涡流对畴壁运动的阻尼增加，对磁导率的贡献就主要以磁畴转动为主。磁畴结构的观察表明在高于1MHz 时，畴壁几乎是静止不动的。所以，在高频情况下，只考虑磁畴转动的GMI 理论是合理而方便的。
在高频对更完善的理论模型是要考虑动态效应的。即要建立在Maxwell 方程和 Landau-Lifshitz 动力学方程的同时求解的基础上。实际上要精确求解这两个方程是不可能的，但是如果将 Landau-Lifshitz 方程线性化。并忽略交换作用，与交流磁化有关的磁导率张量就可求得，这样 Maxwell 方程就可以利用磁导率张量在合适的坐标系统下求解。通过同时求解 Maxwell 方程和线性Landau-Lifshitz 方程研究了具有轴向和圆周方向的磁各向异性的非晶丝的GM1效应。对于具有圆周方向的磁各向异性一当外加直流场小于各向异性场时。磁化强度的方向不平行于外加直流场的方向。Maxwell 方程的解就不能用单一的电磁波传播模式和标量阻抗 z 表示，必须引入具有纵向z 和切向z 的阻抗张量。
在上面提到的GMI 模型中，交换作用都被忽略了。由于交换耦合作用迫使近邻电子的自旋方向平行排列，对趋肤效应具有反作用，能增强电磁辐射的穿入深度。铁磁材料中交换耦
合作用对趋肤效应的影响已用铁磁共振理论研究。40年前提出的理论方法可用于GMI效应的研究，在柱状磁性导体的GMI效应研究中最先引入交换耦合作用，但是他们忽略了磁各向异性。研究表明在微波频段，GMI峰等于普通铁磁共振峰，交换耦合作用项仅稍微改变了GMI曲线的高度和形状，该模型预测GMI峰与实验结果一致。
巨磁阻抗材料的研究进展
1、非晶磁性材料
人们首先是在非晶磁性材料中发现GMI效应的。总结起来讲，已开展的工作为研究具有不同组分、不同形状的非晶材料的GMI效应。试图从各种不同的角度说明GMI效应的起因、应用条件；在这之中，很多研究人员都非常关注磁场退火或应力退火感生的各向异性对GMI效应的影响。发现感生各向异性对阻抗与外场的关系曲线形状有极大的影响，从而极大地影响了GMI效应的灵敏度和应用范围。目前，尚没有获得大而灵敏的样品的理想形状的说法，非晶丝、带之间最基本的差别就在于它们的切向各向异性。至于在实际应用时，是选择丝还是带，这完全取决于具体应用环境。下面就简述非晶丝和带在最近的研究结果。
1．1非晶丝
尽管在程多磁场传感器中已开始应用非晶丝中的GMI效应来制作，但是磁阻抗的许多特点还不是很明了特别是感生和内察各向异性的问题，目前还没有给出合理的解释。例如，研究发现利用电流退火的非晶丝对外磁场其灵敏度有很大的提高，而扭转的非晶丝却显示出令人感兴趣的双稳态特性。再如表面晶化的非晶丝或软磁纤维由于感生了特殊的各向异性，它们显示出不同的GMI响应特点。为了系统研究磁弹各向异性对GMI效应的影响。具有正和负磁致伸缩系数的非晶丝的GMI效应的影响，发现外加应力显著地改韭了阻抗的场频特性，指出这些变化可以在考虑一定张力下圆磁化过程来解释。
1．2 非晶带
自从GMI效应发现以来，非晶薄带中的GMI效应也得到了广泛的研究。研究的重点除感生各向异性对GMI效应的影响外，还注意到了其切向GMI效应。研究发现切向GMI效应与纵向GMI效应有相同的数量级，但对切向GMI效应要考虑其退磁场才能解释观察到的结果。研究发现，在非晶薄带中出现GMI效应的最佳条件是：软磁性能好，并进行适当的热处理以感生台适的各向异性。另外，样品的长度对GMI教应也有很大的影响。
2、纳米晶磁性材料
GMI效应首先在非晶材料中发现，观察到GMI效应的一个基本前提条件是材料的软磁性能好。在非晶材料中由于不存在磁晶各向异性，使得材料具有很好的软磁特性，并且其磁化过程主要是由磁弹性对总能量的贡献决定的。事实上研究结果已证明只有当材料的磁致伸缩系数。λ≈0时，GMI效应才最显著。纳米晶磁性材料具有优异的软磁性能，理应能发现显著的GMI 效应。纳米晶丝研究的样品最初是非晶的，然后在不同温度下退火处理1h，正如所料，随着非晶丝的软磁性能变好，GMI比值增大，出现GMI比值最大值对应的处理温度是非晶丝的纳米晶化温度。纳米晶带通过在不同温度下热处理改变微观结构，也研究了
纳米晶薄带的GMI效应。研究结果与纳米晶丝的结果类似，只不过效应没有那么显著而已。
3、GMI效应的动态特性----阻抗后效效应
最近，在非晶软磁丝带中发现一个新而令人感兴趣的现象，就是当材料中的磁畴分布突然改变时，其阻抗会出现弛豫。该弛豫是在指直流场加在样品上一定时间后，去掉直流场同时观察其阻抗与时间的关系。已经证明，阻抗与时间的关系是准对数关系。有人将该弛豫效应称为磁阻抗后效磁阻抗后效与激励电流频率和幅度密切相关。从目前的情况来看，巨磁阻抗效应的理论研究还主要集中在宏观层次上的研究，远没有巨磁阻效应的理论研究。可喜的是已有学者注意到了这一点，Machado等从电流线畸变的观点，即认为垂直于电流方向的磁畴使电流线畸变和拉动，来解释GMI效应，而不是传统的趋肤效应观点。从微观结构上讲，畴散射对GMI效应有重要的影响。我们认为，对GMI效应的理论研究不仅应该从宏观的经典电磁理论出发来研究，也应该从微观结构层次研究，这样也许更有助于人们发现更多具有良好GMI效应的新材料
巨磁电阻效应及其应用 【实验目的】 1、 了解GMR 效应的原理 2、 测量GMR 模拟传感器的磁电转换特性曲线 3、 测量GMR 的磁阻特性曲线 4、 用GMR 传感器测量电流 5、 用GMR 梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GMR 转速（速度）传感器的原理 【实验原理】 根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律 R=ρl/S 中，把电阻率ρ视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm ），可以忽略边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm ），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。 电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott 指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。 在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。 无外磁场时顶层磁场方向 无外磁场时底层磁场方向 图2 多层膜GMR 结构图 图3是图2结构的某种GMR 材料的磁阻特性。由图可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小，其间有一段线性区域。当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不再减小，进入磁饱和区域。磁阻变化率 ΔR/R 达百分之十几，加反向磁场时磁阻特性是对称的。注意到图2中的曲线有两条，分别对应增大磁场和减小磁场时的磁阻特性，这是因为铁磁材料都具有磁滞特性。 图3 某种GMR 材料的磁阻特性 磁场强度 / 高斯 电阻 \ 欧姆
GMI Sensor Principle & Application 巨磁阻抗传感器 的原理及应用介绍 新.磁.（上.海）.电.子.有.限.公.司 2013.12 By Tony sensors-ic at qq com 邮.件. sensors ic at https://www.doczj.com/doc/ab16633414.html,
GMI Sensor 巨磁阻抗传感器简介 巨磁阻抗效应（GiantMagneto ‐Impedance effects, GMI ）是 指软磁材料的交流阻抗随外加磁场的改变而发生显著变化 的现象，产生GMI 效应的主要原因是高频电流的趋肤效应。 GMI 磁传感器采用交流驱动,具有灵敏度高、饱和磁场低、 响应快和稳定性好等优点。利用GMI 非晶丝材料可设计成高 灵敏度的磁场传感器，用于微弱磁场、电流、位置、生物 在地磁场测量地磁匹配导航及 分子浓度等物理量的检测,在地磁场测量、地磁匹配导航及多种弱磁传感器中有着广泛的应用，具有很大的应用前景 和研究价值。
传感器基础材料—非晶丝 The MI Sensor makes use of the Giant Magneto‐ amorphous metal wire. Impedance effect of magnetic
GMI传感器材料——GMI效应 材料的GMI效应可以用样品阻抗Z随外加磁场Hex变化的Z‐Hex曲线来表征，但这样的曲线不能明确反映出磁阻抗效曲线来表征但样的曲线不能明确反映出磁阻抗效 应的强弱程度。特别是由于样品的测量长度无法严格控制不同样品的无法相较因可选用阻抗的制，不同样品的Z‐Hex无法相互比较，因此可选用 相对变化值随外加磁场的变化曲线来表征，用没有外加磁场时的样品阻抗Z0作为“阻抗的相对变化量”的变化场时的样阻抗作为阻抗的相对变化的变化 基准，即DZ/Z0=(Z‐Z0)/Z0，其变化率与样品本身的长度无关因为测量电流的频率不高，测量导线的发射并不严关。因为测量电流的频率不高，测量导线的发射并不严 重，因此采用四点法进行测量。
文章编号:1004-2261(2002)04-074-03 巨磁阻抗效应及其应用 董延峰,王 治,丁燕红 (天津理工学院 材料物理所,天津300191) 摘要:近年来在FeCoSiB等非晶和纳米晶丝带中发现了巨磁阻抗效应,由于其灵敏度高,因而在磁传感器技术中有巨大的应用前景,受到国内外专家的广泛关注.本文简单介绍了巨磁阻抗效应的原理,并结合近年来具有巨磁阻抗效应的非晶和纳米晶铁磁合金的应用研究进展情况,提出了巨磁阻抗效应可能广泛应用的领域. 关键词:非晶;纳米晶;铁磁合金;巨磁阻抗效应 中图分类号:TM27 文献标识码:A Giant magneto-impedance effects and their applications DONG Y an-feng,WANG Zhi,DING Yan-hong (Institute of M aterial Physics,Tianjin Institute of Technology,Tianjin300191,China) A bstract:Giant magneto-im pedance effects have been discovered in FeCoSi B amorphous and nanocrystalline w ires.These effects have giant sensitivity.Close attention has paid to it by schol-ars in lots of countries,since their g reat promising prospects in the application of sensor technolo-gy.In this article,the sources of giant magneto-im pendance effects are introduced briefly.And research developments of the effects and their applications in amo rphous and nanocrystalline soft magnetic alloy in recent years are summaried.The future applications are also described. Key words:amorphous;nanocrystalline;Fe-based mag netic alloy;giant mag neto-impedance 1 GM I效应 1992年,日本名古屋大学毛利佳年雄教授等人首先报道了在非晶磁性材料中发现其交流磁阻抗随外加磁场而变化的现象,这种现象非常灵敏[1～2].非晶丝的灵敏度达12%～120%/Oe[3],因此将此现象称为巨磁阻抗(Giant Magneto-impedance,GMI)效应.在室温下显著的磁阻抗效应和低外磁场下的高灵敏度,使这种效应在传感器技术和磁记录技术中具有巨大的应用潜能.接着美国波士顿大学教授Humphre y F B、瑞典皇家工学院Rao K V、日本Uniti-ka ltd公司在1994年的“MMM-INTERMAG联合会”和“快淬非晶磁性丝及应用研讨会”上均作了专题报告,对GMI效应的产生机制作了深入系统的分析研究,就实验数据作了理论解释. 毛利等人的研究成果表明,在适当成分下, FeCoSiB非晶软磁丝具有良好的软磁特性.磁致伸缩系数趋近于零(～10-7),因为负的磁致伸缩导致切向各向异性,从而使磁畴结构沿着丝呈环形畴排列,如图1所示.通过丝的电流产生了一个易轴场,该场使畴壁移动产生环形磁化.外加纵向场H ex相对于环形磁化来讲是一个难轴场.会阻止环形磁通的变化.结果当H ex=0时,切向磁导率较大(～104),当H ex增加,切向磁导率随外磁场急剧减小,切向磁导率随外场灵敏度变化是巨磁阻抗效应产生的主要原因. 第18卷第4期2002年12月 天 津 理 工 学 院 学 报 JOURNAL OF TIANJIN INSTITUTE OF TECHN OLOGY Vol.18No.4 Dec.2002 收稿日期:2002-09-08 基金项目:天津市自然科学基金资助项目(003603111);天津市“材料物理与化学”重点学科资助项目第一作者:董延峰(1976-),男,硕士研究生
磁电阻与巨磁电阻 姓名：刘一宁班级:核32 指导教师：王合英实验日期：2015.03.13 【摘要】：本实验使用了由基本电路原理配合巨磁电阻原件制作的一套巨磁电阻实验仪，通过改变巨磁电阻处的磁场测量了巨磁电阻的磁阻特性曲线、磁电转换特性曲线，并在体验了其在测量电流、测量转速、磁读写等方面的应用。最后获得了巨磁电阻词组特性曲线、GMR 模拟传感器的磁电转换曲线、GMR开关传感器的磁电转换特性曲线、巨磁电阻测量电流的数据、齿轮旋转过程中巨磁电阻梯度传感器输出电压曲线、磁信号读出情况，自旋阀磁电阻两个不同角度的磁阻特性曲线。发现巨磁电阻的磁阻随磁场变大而减小，且与方向无关，但是其存在磁滞现象。而自旋阀磁电阻则在磁场由一个方向磁饱和变化到另一个方向磁饱和的过程中磁电阻不断减小或增加，这与磁电阻和磁场的角度有关，且在0磁场附近变化特别明显。 关键词：巨磁电阻、自旋阀磁电阻、磁阻特性曲线、磁电转换特性 一、引言： 1988年法国巴黎大学的肯特教授研究小组首先在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应，在国际上引起了很大的反响。20世纪90年代，人们在Fe/Cu，Fe/Al，Fe/Au，Co/Cu，Co/Ag和Co/Au 等纳米结构的多层膜中观察到了显著的巨磁阻效应。 1994年，IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍，达5Gbit/in2，最近达到11Gbit/in2，从而在与光盘竞争中磁盘重新处于领先地位。由于巨磁电阻效应大，易使器件小型化，廉价化，除读出磁头外同样可应用于测量位移，角度等传感器中，可广泛地应用于数控机床，汽车测速，非接触开关，旋转编码器中，与光电等传感器相比，它具有功耗小，可靠性高，体积小，
第24卷第2期 2011年2月 传感技术学报 CH I N ESE JOURNAL OF SE N S ORS AND ACT UATORS Vo.l 24 No .2 Feb .2011 项目来源:国家863计划项目(2007AA 12Z327)收稿日期:2010-08-09 修改日期:2010-11-02 Design ofM agnetic Sensor Based on t he Asy mm etric Giant M agneto impedance Effect i n A m orphous A lloys * JIANG Yan w ei 1,2 ,FANG J iancheng 1* ,WANG Sansheng 1 ,H U AN G Xuegong 3 1.L aboratory of Func ti on M a te rials and Device ,K e y La boratory of F undam ental S cie n ce forN a ti ona lD e fe n se ofN ov el Inerti a l Inst rumen t and Nav i ga tion Syste m Technol ogy,B eihang Un i versit y,B eiji ng 100191,Ch i na;2.In stit u t e of Che m ic a lD e fe n se ,B eiji ng 102205,China; 3.S c h ool of M ec han i ca lE ng i n ee ring,N anji ng Un i v e rsit y of Science and Technol ogy,Nanjing 210094,Ch i na Abst ract :The softm agnetic properties o fCoFe N i S i B a m orphous all o y r i b bon as sensi n g m ateria lw ere m easured and analyzed .By the fi e l d annealing heat treat m ent i n air ,a good asy mm etric g iant m agneto i m pedance effect(AG M I)has been obta i n ed .A sensitive AGM I m agnetic sensor w as deve loped utilizing the fie l d annealed a m or phous ri b bon as sensi n g ele m en,t and the perfor m ance o f the sensor w as tested i n open loop and closed loop cond itions .The re su lts i n dicate that the sensor show s a better sensitiv ity in t h e open loop testing ,and a better li n earity and larger m easure m ent range in the c l o sed loop testing .The desi g ned sensor can be app li e d to detect the geo m agneti c fie l d s ,w hich have good potential app lication i n geo m agnetic nav i g ation . K ey w ords :m agnetic sensor ;asy mm e tric g i a nt m agneto i m pedance effect(AGM I);a m orphous alloys ;field annea li n g ;negative feedback EEACC :7230;3110 do:i 10.3969/j .issn .1004-1699.2011.02.004 基于非晶合金非对称巨磁阻抗效应的磁传感器设计 * 蒋颜玮1,2 ,房建成1* ,王三胜1 ,黄学功 3 1.北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,功能材料与器件研究室,北京100191; 2.防化研究院,北京102205; 3.南京理工大学机械工程学院,南京210094 摘 要:以CoF e N i S i B 非晶合金薄带为敏感材料,测试分析了其软磁性能,经空气中磁场退火热处理,获得了较好的非对称巨 磁阻抗效应(AGM I)。以磁场退火处理后的非晶合金薄带为敏感元件,设计了AGM I 磁传感器,并对其性能进行了开环和闭环测试。测试结果表明,开环条件下该传感器表现出较高的灵敏度;闭环条件下则表现出更好的线性度和更宽的测量范围。该传感器可实现对地磁场的检测,在地磁导航领域中具有较好的应用前景。 关键词:磁传感器;非对称巨磁阻抗效应(AGM I);非晶合金;磁场退火;负反馈 中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1004-1699(2011)02-0175-05 近来,软磁非晶合金在磁传感器领域的潜在应用引起了人们的广泛兴趣 [1] 。特别是在地磁导航应用中,需要一种高灵敏度和快速响应的磁传感器[2-3]。在各种磁传感器中最常见的磁通门传感器具有较高的灵敏度和较低的噪声,然而体积大、功耗高和响应速度慢的缺点限制了其在地磁导航中的应用。其它类型的磁传感器,例如霍尔传感器、巨磁阻 (GMR)传感器等,存在着热稳定性不高、灵敏度低的不足,而且通常需要较强的偏置场 [4] 。因此,研 制可用于地磁导航的高性能的新型磁传感器有着十 分重要的意义。 1994年,一种被称为巨磁阻抗效应(GM I)的磁现象在Co 基非晶合金丝材中被人们发现[5] ,即非晶丝在交变电流激发下,其阻抗值随沿丝轴方向施
巨磁阻效应及其传感器的原理和应用 一、概述 对于物质磁电阻特性的研究由来已久，早在20世纪40年代人们就发现了磁电阻效应。所谓磁电阻是指导体在磁场中电阻的变化，通常用电阻变化率Δr/r 描述。研究发现，一般金属导体的Δr/r很小，只有约10-5%；对于磁性金属或合金材料（例如坡莫合金），Δr/r可达（3~5）%。所谓巨磁电阻（GMR）效应，是指某些磁性或合金材料的磁电阻在一定磁场作用下急剧减小，而Δr/r急剧增大的特性，一般增大的幅度比通常的磁性与合金材料的磁电阻约高10倍。利用这一效应制成的传感器称为GMR传感器。 1、分类 GMR材料按其结构可分为具有层间偶 合特性的多层膜（例如Fe/Cr）、自旋阀多层膜 （例如FeMn/FeNi/Cu/FeNi）、颗粒型多层膜（例 如Fe-Co）和钙钛矿氧化物型多层膜（例如 AMnO3）等结构；其中自旋阀（spin valve）多层膜又分为简单型和对称型两 类；也有将其分为钉扎(pinning)和非钉扎型两类 的。 2、巨磁电阻材料的进展 1986年德国的Grunberg和C.F.Majkrgak 等人发现了Y/Gd、Y/Dy和Fe/Cr/Fe多层膜中 的层间偶合现象。1988年法国的M.N.Baibich 等人首次在纳米级的Fe/Cr多层膜中发现其Δ r/r在4.2K低温下可达50%以上，由此提出了 GMR效应的概念，在学术界引起了很大的反 响。由此与之相关的研究工作相继展开，陆续 研制出Fe/Cu、Fe/Ag、Fe/Al、Fe/Au、Co/Cu、 Co/Ag、Co/Au……等具有显著GMR效应的层 间偶合多层膜。自1988年发现GMR效应后仅 3年，人们便研制出可在低磁场（10-2～10-6T） 出现GMR效应的多层膜（如 [CoNiFe/CoFe/AgCu/CoFe/CoNiFe]n）。 1992年人们利用两种磁矫顽力差别大的 材料（例如Co和Fe20Ni80）制成Co/Cu/ Fe20Ni80/Cu多层膜，他们发现，当Cu 层厚度大于5nm时，层间偶合较弱，此时利用 磁场的强弱可改变磁矩的方向，以自旋取向的 不同来控制膜电阻的大小，从而获得GMR效 应，故称为自旋阀。
巨磁电阻实验报告
巨磁电阻实验报告 【目的要求】 1、了解GMR效应的原理 2、测量GMR模拟传感器的磁电转换 特性曲线 3、测量GMR的磁阻特性曲线 4、用GMR传感器测量电流 5、用GMR梯度传感器测量齿轮的角 位移，了解GMR转速（速度）传感器的原理【原理简述】 根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律R=ρl/S中，把电阻率ρ视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm），可以忽略边界效应。当材料的几何尺
度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。 电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。 在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。 电 阻 \ 欧 姆
［讲解］巨磁阻效应的原理及应用 巨磁阻效应的原理及应用 物质在一定磁场下电阻改变的现象，称为磁阻效应。磁性金属和合金材料一般都有这种现象。一般情况下，物质的电阻率在磁场中仅发生微小的变化，在某种条件下，电阻减小的幅度相当大，比通常情况下约高十余倍，称为巨磁阻效应（GMR）。 要说这种效应的原理，不得不说一下电子轨道及自旋。种角动量在原子物理学中，对于单电子原子（包括碱金属原子）处于一定的状态，有一定的能量、轨道角动量、自旋角动量和总角动量。表征其性质的量子数是主量子数n、角量子数1、自旋量子数s,l,2,和总角动量量子数j。主量子数5二1, 2, 3, 4…）会视电子与原子核间的距离（即半径座标"而定。平均距离会随着n增大，因此不同量子数的量子态会被说成属于不同的电子层。角量子数（1=0, 1…n-L）（乂称方位角量子数或轨道量子数）通过关系式来代表轨道角动量。在化学中，这个量子数是非常重要的，因为它表明了一轨道的形状，并对化学键及键角有重大形响。有些时候，不同角量子数的轨道有不同代号，1二0的轨道叫s轨道，1二1的叫p轨道，1二2的叫d 轨道，而1二3的则叫f轨道。磁量子数（ml= -1, -1+1 - 0…1-1, 1）代表特征值，。这是轨道角动量沿某指定轴的射影。从光谱学中所得的结果指出一个轨道最多可容纳两个电子。然而两个电子绝不能拥有完全相同的量子态（泡利不相容原理），故也绝不能拥有同一组量子数。所以为此特别提出一个假设来解决这问题，就是设存在一个有两个可能值的笫四个量子数一自旋量子数。这假设以后能被相对论性量子力学所解释。 “我们对过渡金属的电导率有了如下认识：电流由s电子传递，其有效质量近乎于自由电子。然而电阻则取决于电子从s带跃迁到d带的散射过程，因为跃迁
巨磁电阻实验报告 【目的要求】 1、 了解GMR 效应的原理 2、 测量GMR 模拟传感器的磁电转换特性曲线 3、 测量GMR 的磁阻特性曲线 4、 用GMR 传感器测量电流 5、 用GMR 梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GMR 转速（速度）传感器的原理 【原理简述】 根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律 R=ρl/S 中，把电阻率ρ视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm ），可以忽略边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm ），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。 电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott 指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。 在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。 无外磁场时顶层磁场方向 无外磁场时底层磁场方向 图 2 多层膜GMR 结构图 图3是图2结构的某种GMR 材料的磁阻特性。由图可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小，其间有一段线性区域。当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不再减 图3 某种GMR 材料的磁阻特性 磁场强度 / 高斯 电阻 \ 欧姆
电子设计工程 Electronic Design Engineering 第23卷Vol.23第19期No.192015年10月Oct.2015 收稿日期：2014－12－24 稿件编号：201412231 作者简介：胡含凯（1980—），男，陕西西安人，工程师。研究方向：遥测遥控技术。 近炸引信系统大都是借助于探测器获取目标信息，从而实现对目标的探测、识别、定位和毁伤。探测器因探测机理的不同形成了不同的探测体制，常用的探测器有无线电、激光、红外、磁、声等多种类型，其中磁探测由于可抵抗电子干扰且对铁磁目标具有天然的探测优势而被广泛应用。目前，大多数磁传感器的探测机理多是以磁膜探测、霍尔效应、巨磁阻抗（CMI ）效应以及金属涡流效应等为主[1]。发展和应用得比较成熟的如磁通门、霍尔元件和磁阻元件都不能完全满足引信小型化、高灵敏度和低功耗的要求。尽管巨磁阻抗效应可以使磁灵敏度提高10倍左右，但必须在较高外磁场（1MA/m ）下才具有巨磁阻抗（GMI ）效应，并且存在磁滞和温度不稳定性等问题[2]。针对磁探测引信系统中体积小、灵敏度高和功耗低的要求，提出了基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁场探测系统。 1非晶丝的巨磁阻抗效应 非晶丝是一种新型磁性材料，其显著特点在于：非晶丝 的软磁特性好，体积很小，非常有利于引信系统的微小型化；并在微磁场中非晶丝巨磁阻抗效应有一线性变化范围，从而提高了非晶丝的微磁探测灵敏度[3]。为改善传统磁探测系统的固有缺陷，这种新型材料可以在磁探测体制中进行应用。 非晶丝的巨磁阻抗（GMI ）效应是由日本学者Mohri 九十年代初在具有零或负磁致伸缩系数的Co （钴）基非晶软磁材料中发现的[4]，目前对它的研究已扩大到Co 基非晶丝和纳米晶软磁合金薄带和薄膜[5]。由于非晶丝材料克服了以往磁性元件要依赖较高磁场的缺点；在附加简单的脉冲励磁电路时，非晶丝在微磁场下就能发生强烈的巨磁阻抗（GMI ）效应，且具有灵敏度高、温度稳定性好、无磁滞等优点，因此在微磁探测领域中作为磁敏传感器的敏感材料显示出重要的应用价值。 巨磁阻抗效应表现在Co 基非晶丝、非晶态薄膜或纳米晶合金薄带等材料中通入较高频率电流时，材料两端的阻抗会强烈地依赖于外加于材料轴向上的磁场[6]。通常用外磁场作用下的阻抗变化率来反映巨磁阻抗效应的强弱。若材料是非常好的软磁材料，并且导电性能比较好，那么一个很小的外加磁场就能导致阻抗发生较大的变化，这就是巨磁阻抗效应。 2基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁场探测系统 2.1 非晶丝巨磁阻抗效应微磁场探测系统的探测灵敏度在非晶丝巨磁阻抗效应微磁场探测系统中，非晶丝微磁 基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁场探测系统 胡含凯，曹雾 （西安机电信息技术研究所陕西西安710065） 摘要：针对传统磁探测方法不能满足引信探测体积小，高灵敏度和低功耗等要求的问题，本文提出了基于非晶丝巨磁阻抗效应的微磁场探测系统，是设计励磁电流信号产生电路具备极低的静态功耗，引入负反馈闭环系统对非晶丝磁滞特性进行了抑制补偿，提高了传感器的性能；采用双放大单元组合方案实现高性能的信号处理电路，完成了整体系统的设计。所设计的微磁场探测系统具备了非晶丝巨磁阻抗效应的优势，测试表明，基于非晶丝巨磁阻抗效应设计实现的微磁场探测系统，具备良好微磁探测性能，可应用于近炸引信进行微磁场探测。关键词：近炸引信；磁探测系统；非晶丝；巨磁阻抗效应；微磁场探测中图分类号：TN06 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2015）19－0034－03 The detecting system based on Giant Magneto -Impedance effect HU Han -kai ，CAO Wu （Xi ’an Institute of Electromechanical Information Technology ，Xi ’an 710065，China ） Abstract:To tackle the deficiency of traditional magnetic detecting means cannot satisfy the fuse small volume ，high sensibility and low power cost requirement ，the detecting system based on GMI is proposed in this thesis.The electronic flow signal designed posesses extremely low static power consumption ，and the negtive inner feedback system induced compensate the GMI effect ，that improves the performance of sensor.The system design programme is completed with double amplifier unit.the physical detecting system occupy the superiority of GMI.The experiment shows ，the micro -magnetic detecting system based on GMI design ，which has a terrific detecting ability that can be applied to magnetic detecting on radar fuse.Key words:radar fuze ；magnetic field detecting system ；amorphous wire ；GMI ；Micro -magnetic physical field detecting －34－
巨磁阻抗效应简介 由于巨磁阻抗效应在磁记录头和传感器中的巨大应用前景，非晶丝和带中的巨磁阻抗效应 (Giant Magneto-impedance GMI)的研究在最近几年引起了广泛的关注。本文将简要介绍最近几年来有关巨磁阻抗效应理论的研究概况，并综述巨磁阻抗材料的研究进展。 GMI 效应与在外磁场作用下软磁导体的交流(AC)阻抗的变化密切相关。可以在经典电动力学的理论框架下予以解释。众所周知，当射频电流流过导体时，在导体的横截面上其电流分右并不均匀。由于趋肤效应，电流主要集中在导体表面。电流密度从表面到内部的变化，可用趋肤深度表示：ωμρ/2=? 式中，ω是射频电流角频率，ρ是导体的电阻率，μ是材料的磁导率。在非铁磁材料中， 与频率和外加直流场无关，而铁磁材料的磁导率不但与频率、AC 磁场幅度有关，而且还与其它参数有关。如外加直流场的大小与方向、机械应变、温度等。GMI 效应的起源主要就在于软磁材料的磁导率与外加直流场密切相关。 由于电流流过导体时能产生圆周方向或切向的磁场(对丝称圆周方向，对带称切向)，具有圆周礁导率的材料是实际应用最感兴趣。非晶或纳米晶台金软磁材料的磁导率可由感生各向异性和一定的磁畴结构得到有效的控制实验 结果和理论分析都证证实材料具有切向各向异性有利于获得显著的GMI 效应。GMI 的理论分析对更好地理解现有实验结果及指导研究具有显著的GMI 效应的新材料有着重要的意义在实际铁磁材料中的趋肤效应比非铁磁材料的趋肤效应更复杂。基于趋肤效应的理论模型要描述GMI 效应的各种现象是困难的。 目前，提出的几种GMI 效应的理论的主要任务都是寻找有效切向磁导率的近似公式。以描述在轴向AC 电流的激励下特定磁畴结构的响应。畴壁位移和磁畴转动均对磁导率有贡献。准静态模型就考虑了畴壁位移和礁畴转动由于这些模 型没有考虑与磁化强度快速运动的动态效应只有在低频情况下应用。 从理论上考虑受 涡流阻尼的畸壁运动对GMI 的影响，发现随激励频率的增加，涡流对畴壁运动的阻尼增加，对磁导率的贡献就主要以磁畴转动为主。磁畴结构的观察表明在高于1MHz 时，畴壁几乎是静止不动的。所以，在高频情况下，只考虑磁畴转动的GMI 理论是合理而方便的。 在高频对更完善的理论模型是要考虑动态效应的。即要建立在Maxwell 方程和 Landau-Lifshitz 动力学方程的同时求解的基础上。实际上要精确求解这两个方程是不可能的，但是如果将 Landau-Lifshitz 方程线性化。并忽略交换作用，与交流磁化有关的磁导率张量就可求得，这样 Maxwell 方程就可以利用磁导率张量在合适的坐标系统下求解。通过同时求解 Maxwell 方程和线性Landau-Lifshitz 方程研究了具有轴向和圆周方向的磁各向异性的非晶丝的GM1效应。对于具有圆周方向的磁各向异性一当外加直流场小于各向异性场时。磁化强度的方向不平行于外加直流场的方向。Maxwell 方程的解就不能用单一的电磁波传播模式和标量阻抗 z 表示，必须引入具有纵向z 和切向z 的阻抗张量。 在上面提到的GMI 模型中，交换作用都被忽略了。由于交换耦合作用迫使近邻电子的自旋方向平行排列，对趋肤效应具有反作用，能增强电磁辐射的穿入深度。铁磁材料中交换耦
巨磁电阻效应及其应用 2007年诺贝尔物理学奖授予了巨磁电阻( Giant magneto resistance,简称GMR)效应的发现者：法国物理学家阿尔贝·费尔(Albert Fert)和德国物理学家彼得·格伦贝格尔( Peter Grunberg )。诺贝尔奖委员会说明：“这是一次好奇心导致的发现，但其随后的应用却是革命性的，因为它使计算机硬盘的容量从几百、几千兆，一跃而提高几百倍，达到几百G乃至上千G。” 凝聚态物理研究原子，分子在构成物质时的微观结构，它们之间的相互作用力，及其与宏观物理性质之间的联系。 人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态。量子力学出现后，德国科学家海森伯(W. Heisenberg，1932年诺贝尔奖得主)明确提出铁磁性有序状态源于铁磁性原子磁矩之间的量子力学交换作用，这个交换作用是短程的，称为直接交换作用。 图 1 反铁磁有序 后来发现很多的过渡金属和稀土金属的化合物具有反铁磁有序状态，即在有序排列的磁材料中，相邻原子因受负的交换作用，自旋为反平行排列，如错误!未找到引用源。所示。则磁矩虽处于有序状态，但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。这种磁有序状态称为反铁磁性。法国科学家奈尔(L. E. F. Neel)因为系统地研究反铁磁性而获1970年诺贝尔奖。在解释反铁磁性时认为，化合物中的氧离子(或其他非金属离子)作为中介，将最近的磁性原子的磁矩耦合起来，这是间接交换作用。另外，在稀土金属中也出现了磁有序，其中原子的固有磁矩来自4f电子壳层。相邻稀土原子的距离远大于4f电子壳层直径，所以稀土金属中的传导电子担当了中介，将相邻的稀土原子磁矩耦合起来，这就是RKKY型间接交换作用。 直接交换作用的特征长度为0.1～0.3nm，间接交换作用可以长达1nm以上。1nm已经是实验室中人工微结构材料可以实现的尺度。1970年美国IBM实验室的江崎和朱兆祥提出了超晶格的概念，所谓的超晶格就是指由两种（或两种以上）组分（或导电类型）不同、厚度d极小的薄层材料交替生长在一起而得到的一种多周期结构材料。由于这种复合材料的周期长度比各薄膜单晶的晶格常数大几倍或更长，因此取得“超晶格”的名称。上世纪八十年代，由于摆脱了以往难以制作高质量的纳米尺度样品的限制，金属超晶格成为研究前沿，凝聚态物理工作者对这类人工材料的磁有序，层间耦合，电子输运等进行了广泛的基础方面的研究。 德国尤利希科研中心的物理学家彼得·格伦贝格尔一直致力于研究铁磁性金属薄膜表面和界面上的磁有序状态。研究对象是一个三明治结构的薄膜，两层厚度约10nm的铁层之间夹有厚度为1nm 的铬层。选择这个材料系统并不是偶然的，首先金属铁和铬是周期表上相近的元素，具有类似的电子壳层，容易实现两者的电子状态匹配。其次，金属铁和铬的晶格对称性和晶格常数相同，它们之间晶格结构也是匹配的，这两类匹配非常有利于基本物理过程的探索。但是，很长时间以来制成的三明治薄膜都是多晶体，格伦贝格尔和很多研究者一样，并没有特别的发现。直到1986年，他采用了分子束外延(MBE)方法制备薄膜，样品成分还是铁-铬-铁三层膜，不过已经是结构完整的单晶。在
巨磁电阻效应 ――GMR 模拟传感器的磁电转换特性测量 【实验目的】 1. 掌握GMR 效应的定义； 2. 了解GMR 效应的原理； 3. 熟悉GMR 模拟传感器的构成； 4. 测量GMR 磁阻特性曲线。 【实验仪器】 ZKY-JCZ 巨磁电阻效应及应用实验仪、基本特性组件、导线 【实验原理】 一、巨磁电阻效应定义及发展过程 1、定义 2007年10月，科学界的最高盛典—瑞典皇家科学院颁发的诺贝尔奖揭晓了。本年度，法国科学家阿尔贝·费尔(Albert Fert)和德国科学家彼得·格林贝格尔(Peter Grunberg)因分别独立发现巨磁阻效应而共同获得2007年诺贝尔物理学奖。瑞典皇家科学院在评价这项成就时表示，今年的诺贝尔物理学奖主要奖励“用于读取硬盘数据的技术，得益于这项技术，硬盘在近年来迅速变得越来越小”。 巨磁阻到底是什么？ 诺贝尔评委会主席佩尔·卡尔松用比较通俗的语言解答了这个问题。他用两张图片的对比说明了巨磁阻的重大意义：一台1954年体积占满整间屋子的电脑，和一个如今非常普通、手掌般大小的硬盘。正因为有了这两位科学家的发现，单位面积介质存储的信息量才得以大幅度提升。目前，根据该效应开发的小型大容量硬盘已得到了广泛的应用。 “巨磁电阻”效应（GMR ，Giant Magneto Resistance)是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。也就是说，非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化的特殊效应，变化的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值高10余倍。 2、发展过程 人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态。量子力学出现后，德国科学家海森伯(W. Heisenberg)明确提出铁磁性有序状态源于铁磁性原子磁矩之间的量子力学交换作用，这个交换作用是短程的，称为直接交换作用。后来发现很多的过渡金属和稀土金属的化合物具有反铁磁(或亚铁磁)有序状态，化合物中的氧离子(或其他非金属离子)作为中介，将最近的磁性原子的磁矩耦合起来，这是间接交换作用。直接交换作用的特征长度为0.1-0.3nm ，间接交换作用可以长达1nm 以上。1nm 已经是实验室中人工微结构材料可以实现的尺度，所以1970年之后，科学家就探索人工微结构 中的磁性交换作用。 1988年法国的M.N.Baibich 等人在美国物理学会主办的Physical Review Letters 上发表了有关Fe/Cr 巨磁电阻效应的著名论文，首次报告了采用分子外延生长工艺（MBE ）制成 图1（Fe/Cr ）n 多层膜的GMR 效应特性曲线
巨磁阻效应的原理及应用 物质在一定磁场下电阻改变的现象，称为磁阻效应。磁性金属和合金材料一般都有这种现象。一般情况下，物质的电阻率在磁场中仅发生微小的变化，在某种条件下，电阻减小的幅度相当大，比通常情况下约高十余倍，称为巨磁阻效应（GMR ）。 要说这种效应的原理，不得不说一下电子轨道及自旋。种角动量在原子物理学中，对于单电子原子（包括碱金属原子）处于一定的状态，有一定的能量、轨道角动量、自旋角动量和总角动量。表征其性质的量子数是主量子数n 、角量子数l 、自旋量子数s ＝1／2，和总角动量量子数j 。主量子数（n=1，2，3，4 …）会视电子与原子核间的距离（即半径座标r ）而定。平均距离会随着n 增大，因此不同量子数的量子态会被说成属于不同的电子层。 角量子数（l=0，1 … n-1）（又称方位角量子数或轨道量子数）通过关系式来代表轨道角动量。在化学中，这个量子数是非常重要的，因为它表明了一轨道的形状，并对化学键及键角有重大形响。有些时候，不同角量子数的轨道有不同代号，l=0的轨道叫s 轨道，l=1的叫p 轨道，l=2的叫d 轨道，而l=3的则叫f 轨道。磁量子数（ml= -l ，-l+1 … 0 … l-1，l ）代表特征值，。这是轨道角动量沿某指定轴的射影。 从光谱学中所得的结果指出一个轨道最多可容纳两个电子。然而两个电子绝不能拥有完全相同的量子态（泡利不相容原理），故也绝不能拥有同一组量子数。所以为此特别提出一个假设来解决这问题，就是设存在一个有两个可能值的第四个量子数—自旋量子数。这假设以后能被相对论性量子力学所解释。 “我们对过渡金属的电导率有了如下认识：电流由s 电子传递，其有效质量近乎于自由电子。然而电阻则取决于电子从 s 带跃迁到 d 带的散射过程，因为跃迁几率与终态的态密度成正比，而局域性的 d 带在费米面上的态密度是很大的。 这就是过渡金属电阻率高的原因。这种 s-d 散射率取决于 s 电子与 d 电子自旋的相对取向。 巨磁电阻（GMR ）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。GMR 是一个量子力学效应，它是在层状的磁性薄膜结构中观察到的。这种结构由铁磁材料和非磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。关于这种效应可以用两自选电流模型来解释： 普通磁电阻 (正, 极小, 各向异性) 巨磁电阻 (负, 巨大 , 各向同性) [])(/)0()(H R R H R MR -=[][] ) ()()0() 0()()0(21S S S H R H R R MR R H R R MR -=-=
巨磁阻效应的原理及应用 摘要：介绍了巨磁阻效应的发现、原理及器件应用。 关键词：巨磁阻效应；原理；磁性材料；磁头；应用。 1、引言 近年来各种铁磁／非铁磁多层结构的巨磁阻(GMR)效应引起了实验和理论工作者的广泛兴趣。人们对GMR效应进行了一定程度的深入研究，并且取得了很 大的成就。如今一些利用巨磁阻效应制造器件的技术已经相当成熟，并且具有 非常广阔的应用前景。1997年，全球首个基于巨磁阻效应的读出磁头问世。 正是借助了巨磁阻效应，人们才能够制造出如此灵敏的磁头，能够清晰读出 较弱的磁信号，并且转换成清晰的电流变化。新式磁头的出现引发了硬盘的“大容量、小型化”革命。如今全世界几乎所有，笔记本电脑、音乐播放器、数码相机等各类数码电子产品中所装备的硬盘，基本上都应用了巨磁阻效应，这一技术已然成为新的标准。 当然巨磁阻的发现并非偶然，这种效应的发现建立在长期对交换耦合膜和铁磁合金电子运输这两个相互独立而又密切相关的领域所作的系统深入研究的基础上。1986 年Grunberg 等人实验中发现在“Fe/Cr/Fe”三明治结构中，Fe 层之间可以通过Cr 层进行交换作用，当Cr 层在合适的厚度时，两Fe 层之间存在反铁磁耦合。在此基础上，1988 年Baibich 等人研究了在（001）GaAs 基片上用分子束外延（MBE）生长的单晶（001）Fe/Cr/Fe 三层膜和（Fe/Cr）超晶格的电子输运性质。结果发现当Cr 层的厚度为9 ? 时，在4.2 K 下20 kOe 的外磁场可以克服反铁磁层间耦合而使相邻Fe 层磁矩方向平行排列，而此时电流方向平行于膜面的电阻率下降至不加外磁场（即相邻Fe 层磁化矢量反平行排列） 时的一半，磁电阻值MR（%）=Δρ/ρHs=(ρ0-ρHs)/ ρHs高达100%，其值较 人们所熟知的FeNi合金各向异性磁电阻效应约大一个量级，故命名为巨磁电阻效应（GMR）。