实验报告
物理与电子系物理升华专业1201班
姓名张涛学号1003120505 指导老师徐富新
实验时间2014年5月25日，第十三周，星期日
实验名称巨磁电阻效应及其应用
【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
电
阻
\
欧
姆
磁场强度/ 高斯
巨磁电阻实验仪
区域1
区域2
区域3
图5 巨磁阻实验仪操作面板
图5所示为巨磁阻实验仪系统的实验仪前面板图。
区域1——电流表部分：做为一个独立的电流表使用。
两个档位：2mA档和200mA档，可通过电流量程切换开关选择合适的电流档位测量电流。
区域2——电压表部分：做为一个独立的电压表使用。
两个档位：2V档和200mV档，可通过电压量程切换开关选择合适的电压档位。
区域3——恒流源部分：可变恒流源。
实验仪还提供GMR传感器工作所需的4V电源和运算放大器工作所需的±8V电源。
基本特性组件
图6 基本特性组件
基本特性组件由GMR 模拟传感器，螺线管线圈及比较电路，输入输出插孔组成。用以对GMR 的磁电转换特性，磁阻特性进行测量。
GMR 传感器置于螺线管的中央。
螺线管用于在实验过程中产生大小可计算的磁场，由理论分析可知，无限长直螺线管内部轴线上任一点的磁感应强度为：
B = μ0nI （1）
式中n 为线圈密度，I 为流经线圈的电流强度，m
H /10470
-?=πμ为真空中的磁导率。
采用国际单位制时，由上式计算出的磁感应强度单位为特斯拉（1特斯拉＝10000高斯）。
电流测量组件
图7 电流测量组件
电流测量组件将导线置于GMR 模拟传感器近旁，用GMR 传感器测量导线通过不同大小电流时
导线周围的磁场变化，就可确定电流大小。与一般测量电流需将电流表接入电路相比，这种非接触测量不干扰原电路的工作，具有特殊的优点。
角位移测量组件
图8 角位移测量组件
角位移测量组件用巨磁阻梯度传感器作传感元件，铁磁性齿轮转动时，齿牙干扰了梯度传感器上偏置磁场的分布，使梯度传感器输出发生变化，每转过一齿，就输出类似正弦波一个周期的波形。利用该原理可以测量角位移（转速，速度）。汽车上的转速与速度测量仪就是利用该原理制成的。
磁读写组件
图9 磁读写组件
磁读写组件用于演示磁记录与读出的原理。磁卡做记录介质，磁卡通过写磁头时可写入数
据，通过读磁头时将写入的数据读出来。
【实验内容】
一、GMR模拟传感器的磁电转换特性测量
在将GMR构成传感器时，为了消除温度变化等环境因素对输出的影响，一般采用桥式结构。
a 几何结构 b电路连接
GMR模拟传感器结构图
对于电桥结构，如果4个GMR电阻对磁场的影响完全同步，就不会有信号输出。图17-9中，将处在电桥对角位置的两个电阻R3, R4覆盖一层高导磁率的材料如坡莫合金，以屏蔽外磁场对它们的影响，而R1，R2阻值随外磁场改变。设无外磁场时4个GMR电阻的阻值均为R，R1、R2在外磁场作用下电阻减小△R，简单分析表明，输出电压：
U OUT
=U IN (2R-?R) (2)
屏蔽层同时设计为磁通聚集器，它的高导磁率将磁力线聚集在R1、R2电阻所在的空间，进一步提高了R1，R2的磁灵敏度。
从几何结构还可见，巨磁电阻被光刻成微米宽度迂回状的电阻条，以增大其电阻至kΩ数量级，使其在较小工作电流下得到合适的电压输出。
GMR模拟传感器的磁电转换特性
模拟传感器磁电转换特性实验原理图
将GMR模拟传感器置于螺线管磁场中，功能切换按钮切换为“传感器测量”。实验仪的
4V电压源接至基本特性组件“巨磁电阻供电”，恒流源接至“螺线管电流输入”，基本特性组件“模拟信号输出”接至实验仪电压表。
按表1数据，调节励磁电流，逐渐减小磁场强度，记录相应的输出电压于表格“减小磁场”列中。由于恒流源本身不能提供负向电流，当电流减至0后，交换恒流输出接线的极性，使电流反向。再次增大电流i，此时流经螺线管的电流与磁感应强度的方向为负，从上到下记录相应的输出电压。电流至-100mA后，逐渐减小负向电流，电流到0时同样需要交换恒流输出的极性。从下到上记录数据于表一“增大磁场”列中。
理论上讲，外磁场为零时，GMR传感器的输出应为零，但由于半导体工艺的限制，4个桥臂电阻值不一定完全相同，导致外磁场为零时输出不一定为零，在有的传感器中可以观察到这一现象。
根据螺线管上表明的线圈密度，由公式（1）计算出螺线管内的磁感应强度B。
二、GMR磁阻特性测量
磁阻特性测量原理图
为加深对巨磁电阻效应的理解，我们对构成GMR模拟传感器的磁阻进行测量。将基本特性组件的功能切换按钮切换为“巨磁阻测量”，此时被磁屏蔽的两个电桥电阻R3、R4被短路，而R1、R2并联。将电流表串连进电路中，测量不同磁场时回路中电流的大小，就可以计算磁阻。
实验装置：巨磁阻实验仪，基本特性组件。
将GMR模拟传感器置于螺线管磁场中，功能切换按钮切换为“巨磁阻测量”。实验仪的4伏电压源串连电流表后，接至基本特性组件“巨磁电阻供电”，恒流源接至“螺线管电流输入”。
按表2数据，调节励磁电流，逐渐减小磁场强度，记录相应的磁阻电流于表格“减小磁场”列中。由于恒源流本身不能提供负向电流，当电流减至0后，交换恒流输出接线的极性，使电流反向。再次增大电流，此时流经螺线管的电流与磁感应强度的方向为负，从上到下记录相应的输出电压。
电流至一100mA后，逐渐减小负向电流，电流到0时同样需要交换恒流输出接线的极性。从下到上记录数据于“增大磁场”列中。
根据螺线管上表明的线圈密度，由公式（1）计算出螺线管内的磁感应强度B。
由欧姆定律R=U/I 计算磁阻。
以磁感应强度B作横坐标，磁阻为纵坐标做出磁阻特性曲线。
应该注意，由于模拟传感器的两个磁阻是位于磁通聚集器中，与图3相比，我们作出的磁阻曲线斜率大了约10倍，磁通聚集器结构使磁阻灵敏度大大提高。
不同外磁场强度时磁阻的变化反映了GMR的磁阻特性，同一外磁场强度的差值反映了材料的磁滞特性。
三、用GMR模拟传感器测量电流
GMR模拟传感器在一定的范围内输出电压与磁场强度成线性关系，且灵敏度高，线性范围大，可以方便的将GMR制成磁场计，测量磁场强度或其它与磁场相关的物理量。作为应用示例，我们用它来测量电流。
由理论分析可知，通有电流I的无限长直导线，与导线距离为r的一点的磁感应强度为：
B = μ0I/2πr =2 I×10-7/r （3）
磁场强度与电流成正比，在r已知的条件下，测得B，就可知I。
在实际应用中，为了使GMR模拟传感器工作在线性区，提高测量精度，还常常预先给传感器施加一固定已知磁场，称为磁偏置，其原理类似于电子电路中的直流偏置。
模拟传感器测量电流实验原理图
实验装置：巨磁阻实验仪，电流测量组件
实验仪的4伏电压源接至电流测量组件“巨磁电阻供电”，恒流源接至“待测电流输入”，电流测量组件“信号输出”接至实验仪电压表。
将待测电流调节至0。
将偏置磁铁转到远离GMR传感器，调节磁铁与传感器的距离，使输出约25mV。
将电流增大到300mA，按表4数据逐渐减小待测电流，从左到右记录相应的输出电压于表格“减小电流”行中。由于恒流源本身不能提供负向电流，当电流减至0后，交换恒流输出接线的极性，使电流反向。再次增大电流，此时电流方向为负，记录相应的输出电压。
逐渐减小负向待测电流，从右到左记录相应的输出电压于表格“增加电流”行中。当电流减至0后，交换恒流输出接线的极性，使电流反向。再次增大电流，此时电流方向为正，记录相应的输出电压。
将待测电流调节至0。
将偏置磁铁转到接近GMR传感器，调节磁铁与传感器的距离，使输出约150mV。
用低磁偏置时同样的实验方法，测量适当磁偏置时待测电流与输出电压的关系。
输出－
输出＋
a
b
c
d
以B为横坐标，输出电压U为纵坐标，作图得：
磁感应强度B与输出电压U之间的关系曲线
2. GMR的磁阻特性曲线的测量
磁阻/Ω
磁感应强度/高斯
减小磁场增大磁场励磁电流/mA 磁感应强度/高斯磁阻电流/mA 磁阻/Ω磁阻电流/mA 磁阻/Ω100 30.15928947 1.912 2092.05 1.910 2094.24
90 27.14336053 1.911 2093.14 1.910 2094.24
80 24.12743158 1.911 2093.14 1.909 2095.34
70 21.11150263 1.910 2094.24 1.900 2105.26
60 18.09557368 1.908 2096.44 1.892 2114.16
50 15.07964474 1.891 2115.28 1.876 2132.20
40 12.06371579 1.852 2159.83 1.831 2184.60
30 9.047786842 1.807 2213.61 1.786 2239.64
20 6.031857895 1.763 2268.86 1.748 2288.33
10 3.015928947 1.725 2318.84 1.713 2335.08
5 1.507964474 1.709 2340.55 1.69
6 2358.49
0 0 1.692 2364.06 1.676 2386.63
－5 -1.507964474 1.678 2383.79 1.699 2354.32
－10 -3.015928947 1.704 2347.41 1.716 2331.00
－20 -6.031857895 1.738 2301.50 1.752 2283.10
－30 -9.047786842 1.776 2252.25 1.793 2230.90
－40 -12.06371579 1.818 2200.22 1.838 2176.28
－50 -15.07964474 1.864 2145.92 1.882 2125.40
－60 -18.09557368 1.896 2109.71 1.905 2099.74
－70 -21.11150263 1.906 2098.64 1.909 2095.34
－80 -24.12743158 1.909 2095.34 1.910 2094.24
－90 -27.14336053 1.910 2094.24 1.910 2094.24
－100 -30.15928947 1.910 2094.24 1.910 2094.24 磁阻与磁感应强度关系曲线
3、MR模拟传感器测量电流
待测电流/mA 300 200 100 0 －100 －200 －300
输出
电压
/mV
低磁偏置
(约25mV)
减小电流26.0 25.7 25.3 25.0 24.6 24.3 23.9
增加电流26.0 25.6 25.3 24.9 24.6 24.2 23.9 适当磁偏置
(约150mV)
减小电流149.3 148.8 148.3 147.7 147.1 146.5 145.9
增加电流149.5 148.9 148.3 147.7 147.0 146.4 145.9 待测电流与输出电压关系曲线:
4、梯度传感器的特性及应用
转动角度/度0 3 6 9 12 15 18 21 24
输出电压/mV 0 46.2 89.1 67.2 -7.4 -70.9 -59.5 -29.2 6.3 转动角度/度27 30 33 36 39 42 45 48
输出电压/mV 46.6 90.3 65.3 -10.9 -61.4 -61.1 -27.1 5.3
转动角度与输出电压间的关系曲线：
电阻的测量--伏安法的测定实验报告 实验名称：_____电阻的测量--伏安法________ 姓名___ _ _ 学号_ _ 班级_ _ 实验日期 _ 2013.11.7_ _ 温度______ 同组者 ___ 无_____ （一）实验目的： 1. 学习伏安法测电阻的方法。 2. 学会仪表的选择。 3. 学习伏安法中减少系统误差的方法。 （二）实验仪器： 直流稳压源、电阻箱、滑线变阻器、二极管、电流表、电压表、开关与导线 （三）实验原理： 如图11-1所示，测出通过电阻R 的电流I 及电阻R 两端的电压U ，则根据欧姆定律，可知 图11-1 I U R = 以下讨论此种方法的系统误差问题。 1. 测量仪表的选择 在电学实验中，仪表的误差是重要的误差来源，所以要选取适用的仪表。 （1）参照电阻器R 的额定功率确定仪表的量限，设电阻R 的额定功率为P ，则最大电流I 为 R P I = （11-1） 为使电流计的指针指向度盘的 3 2 处（最佳选择），电流计的量限为32I ，即 2 3 ?R P 。
设100≈R Ω，W P 81=，则A I 035.0=，而A I 053.02 3 =?，所以电流计取量限为50mA 的毫安计较好。 电阻两端电压为V IR U 5.3==，而V U 3.52 3 =? ，所以电压计取量限5V 的伏特计较好。 （2）参照对电阻测量准确度的要求确定仪表的等级 假设要求测量R 的相对误差不大于某一R E ，则按误差传递公式，可有 2 122])()[(I I U U E R ?+?= 按误差等分配原则取 2 R E I I U U = ?=? （11-2） 对于准确度等级为a ，量限为max X 的电表，其最大绝对误差为max ?，则 100 max max a X ? =? 参照此关系和式（11-2），可知电流计等级I a 应满足 1002max ?? ≤U U E a R I （11-3） 电压计的等级U a 应满足 1002max ?? ≤ U U E a R U （11-4） 对前述实例（I=0.035A ，V U A U A I 5,5.3,05.0max max ===），则当要求%2≤R E 时，必须 99.0,99.0≤≤U I a a 即取0.5级的毫安计、伏特计较好，取1.0级也勉强可以。 2. 两种联线方法引入的误差 如图（2）所示，伏安法有两种联线的方法。内接法——电流计在电压计的里侧，外接法——电流计在电压计的外侧。
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
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，
接地电阻测量实验报告范文 为了了解接地装置的接地电阻值是否合格、保证安全运行，同时根据配电设备维护规程的有关规定，我部于20xx 年3月1日上午8:00 对乐民原料部弓角田煤矿各变配电点的接地及其各变压器对地绝缘情况进行测量试验。试验过程及试验结果分析报告如下： 一、试验前的准备： 1、制订试验方案： 前期，我们组织机电队人员一起到现场查看接地装置，查找接地极的适合试验的位置，制订、讨论、修改试验方案，提出试验中的注意事项。 2、试验方法： 接地电阻表本身备有三根测量用的软导线，可接在E、P、C三个接线端子上。接在E端子上的导线连接到被测的接地体上，P端子为电压极，C端子为电流极（P、C都称为辅助接地极），根据具体情况，我们准备采用两种方式测量：（1）、将辅助接地极用直线式或三角线式，分别插入远离接地体的土壤中；（2）、用大于25cm×25cm的铁板作为辅助电极平铺在水泥地面上，然后在铁板下面倒些水，铁板的布放位置与辅助接地极的要求相同。两种方法我们都采取接地体和连接设备不 断开的方式测量，接地电阻电阻表将倍率开关转换到需要的量程上，用手摇发电机手柄，以每分钟120转/分以上的速度转时，使电阻表上的仪表指针趋于平衡，读取刻盘上
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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
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。
实验目的 1、掌握惠斯通电桥测量电阻的原理及操作方法，理解单臂电桥测电阻的“三端”法接线的意义； 2、掌握开尔文电桥测量电阻的原理及操作方法； 3、熟悉综合性电桥仪的使用方法及电桥比率和比率电阻的选择原则。 实验原理 电阻是电路的基本元件之一，电阻的测量是基本的电学测量。用伏安法测量电阻，虽然原理简单，但有系统误差。在需要精确测量阻值时，必须用惠斯通电桥，惠斯通电桥适宜于测量中值电阻(1～106Ω)。 惠斯通电桥的原理如图1所示。标准电阻R 0、R 1、R 2和待测电阻R X 连成四边形，每一条边称为电桥的一个臂。在对角A 和C 之间接电源E ，在对角B 和D 之间接检流计G 。因此电桥由4个臂、电源和检流计三部分组成。当开关K E 和K G 接通后，各条支路中均有电流通过，检流计支路起了 沟通ABC 和ADC 两条支路的作用，好象一座“桥”一样，故称为“电桥”。适当调节R 0、R 1和R 2的大小，可以使桥上没有电流通过，即通过检流计的电流I G = 0，这时，B 、D 两点的电势相等。电桥的这种状态称为平衡状。 图6-l 惠斯通电桥原理图 态。这时A 、B 之间的电 势差等于A 、D 之间的电势差，B 、C 之间的电势差等于D 、C 之间的电势差。设ABC 支路和ADC 支路中的电流分别为I 1和I 2，由欧姆定律得 I 1 R X = I 2 R 1 I 1 R 0 = I 2 R 2 两式相除，得 102 X R R R R = (1) (1)式称为电桥的平衡条件。由(1)式得 1 02 X R R R R = (2) 即待测电阻R X 等于R 1 / R 2与R 0的乘积。通常将R 1 / R 2称为比率臂，将R 0称为比较臂。 2.双电桥测低电阻的原理 图1
巨磁电阻效应及其应用实 验报告 The following text is amended on 12 November 2020.
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=l/S中，把电阻率视为常数，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），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。 ;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。 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。 有两类与自旋相关的散射对巨磁电阻效应有贡献。 其一，界面上的散射。无外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向相反，无论电子的初始自旋状态如何，从一层铁磁膜进入另一层铁磁膜时都面临状态改变（平行－反平行，或反平行－平行），电子在界面上的散射几率很大，对应于高电阻状态。有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向一致，电子在界面上的散射几率很小，对应于低电阻状态。 其二，铁磁膜内的散射。即使电流方向平行于膜面，由于无规散射，电子也有一定的几率在上下两层铁磁膜之间穿行。无外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向相反，无论电子的初始自旋状态如何，在穿行过程中都会经历散射几率小（平行）和散射几率大（反平行）两种过程，两类自旋电流的并联电阻相似两个中等阻值的电阻的并联，对应于高电阻状态。有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁场方向一致，自旋平行的电子散射几率小，自旋反平行的电子散射几率大，两类自旋电流的并联电阻相似一个小电阻与一个大电阻的并联，对应于低电阻状态。
电容、电阻测量实验报告 实验目的：1、掌握电容测量的方案，电容测量的技术指标 2、学会选择正确的模数转换器 3、学会使用常规的开关集成块 4、掌握电阻测量的方案，学会怎样达到电阻测量的技术指标 实验原理： 一、数字电容测试仪的设计 电容是一个间接测量量，要根据测出的其他量来进行换算出来。 1）电容可以和电阻通过555构成振荡电路产生脉冲波，通过测出脉宽的时间来测得电容的值 T=kR C K和R是可知的，根据测得的T值就可以得出电容的值 2）电容也可以和电感构成谐振电路，通过输入一个信号，改变信号的输入频率，使输入信号和LC电路谐振，根据公式W=1/ √LC就可以得到电容的值。 二、多联电位器电阻路间差测试仪的设计 电阻是一个间接测试量，他通过测得电压和电流根据公式R=U/I得出电阻的值 电阻测量分为恒流测压法和恒压测流法两种方法 这两种方法都要考虑到阻抗匹配的问题 1）恒流测压法 输入一个恒流，通过运放电路输出电压值，根据运放电路的虚断原理得出待测电阻两端的电压值，就可以得出待测电阻的阻值。 2）恒压测流法 输入一个恒压，通过运放电路算出电流值，从而得出电阻值 方案论证：数字电容测试仪 用555组成的单稳电路测脉宽 用555构成多谐振荡器产生触发脉冲 多谐振荡器产生一个占空比任意的方波信号作为单稳电路的输入信号。 T1=0.7*（R1+R2）*C T2=0.7*R2*C 当R2〉〉R1时，占空比为50% 单稳电路是由低电平触发，输入的信号的占空比尽量要大 触发脉冲产生电路
电容测试电路 Tw=R*Cx*㏑3
R为7脚和8脚间的电阻和待测电容Cx构成了充放电回路，这个电阻可以用一个拨档开关来选择电容的测试挡位。当待测电容为一大电容时，选择一个小电阻；当电容较小时，选择一个较大的电阻。使输出的脉宽不至于太大或者太小，用以提高测量的精度和速度。 R*C不能取得太小，R*C*㏑3≥T2，如果R*C取得太小，使得充放电时间太小，当来一个低电平时，电路迅速充电完毕，此时输入信号仍然处于低电平状态，输出电压为高电平，此时的脉宽就与RC无关，得到的C值就不是所要测的电容值。 仿真波形： 、 从仿真波形可以看出Tw=1.1058ms 根据公式Tw=1.1*R*C可以得出C=100uf 多联电位器电阻路间差测试仪设计方案 软件设计流程图 主程序流程图：
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
湘潭大学实验报告 姓名：** 学号：***** 班级（专业）：采矿工程**班 课程：矿山电工学 实验名称：接地电阻的测量 实验日期：2013年12月4日
实验四接地电阻的测量 一、实验目的： 1、使学生掌握接地的种类、意义与接地方法。 2、使学生熟悉接地电阻测量仪的使用方法与测量方法。 二、主要知识点： 1、接地的概念与作用： 接地是电力系统为了满足系统运行的需要和保护设备或人身安全而常用的一种技术。接地靠接地装置来实现。接地装置主要由下列两部分组成： （1）接地体。接地体又叫做接地极，是指埋入地中直接与大地接触的金属导体。 （2）接地线。接地线是指电力设备与接地体相连接的金属导线。 接地体又分为人工接地体与自然接地体两种。人工接地体是指专门敷设的金属导体接地极，自然接地体是指直接与大地接触的各种金属构件，如建筑物的钢筋混凝土基础，金属导管等。被水泥包围住的导体只要是埋在地中也算接地体，因为受潮后的水泥的导电能力和上壤差不多。 电力系统的接地可分为正常接地和故障接地两类，正常接地又可分工作接地和保护接地两种。工作接地是为了满足系统运行的需要而装设的接地；其作用如下： ⑴降低人体的接触电压。在中性点绝缘的系统中，当一相接地，而人体又触及加一相时，人体所受到的接触电压将超过相电压而成为线电压，即为相电压的√3倍。当中性点接地时，因中性点的接地电阻很小，或近似于零，与地间的电位差亦近似于零，这时当一相碰地，而人体触及加一相时，人体的接触电压接近或等于相电压，因此降低了人体的接触电压。 ⑵迅速切断故障设备。在中性点绝缘系统中，当一相接地时接地电流很小，因此，保护设备不能迅速动作切断电流，故障将长期持续下去，对人体是危险的。 在中性点接地系统中就不同了，当一相接地时，接地电流成为很大的单相短路电流，保护设备能准确而迅速动作切断电源，使人体不致有触电危险。 ⑶降低电气设备和电力线路的设计绝缘水平。 如上所述，因中性点接地系统中一相接地时，其它两相的对地电压不会升高至相电压的√3倍，而是近似于或等于相电压。因此在中性点接地系统中，电气设备和线路在设计时，其绝缘水平只按相电压考虑。故降低了建设费用，节约了投资。 保护接地主要包括有防止人身触电的保护接地、防雷接地、防静电接地及防电磁场屏蔽接地等。 故障接地是指电力设备的带电体与大地之间的绝缘遭受损坏时，导体与大地相接触，电流直接流入大地（短路）。如电力设备的对地绝缘损坏，发生击穿，对地（外壳）短路，或者电场线路绝缘子闪络、断线、导线接地短路等，都是故障接地。 理论上,接地电阻越小,接触电压和跨步电压就越低,对人身越安全.但要求接地电阻越小,则人工接地装置的投资也就越大,而且在土壤电阻率较高的地区不易做到。在实践中,可利用埋设在地下的各种金属管道(易燃体管道除外)和电缆金属外皮以及建筑物的地下金属结构等作为自然接地体。由于人工接地装置与自然接地体是并联关系,从而可减小人工接地装置的接地电阻,减少工程投资。 在中性点接地的三相四线制中，零线常采用重复接地。 在有重复接地的低压供电系统中，当发生接地短路时，能降低零线的对地电压；当零线断线发生断裂时，能使故障程度减轻，照明线路能避免因零线断线而引起的烧毁灯泡的
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 -=-=
巨磁阻效应实验报告 篇一:磁阻效应实验报告 近代物理实验报告 专业2011级应用物理学班级(2) 指导教师彭云雄姓名同组人 实验时间 2013 年 12 月23 日实验地点 K7-108 实验名称磁阻效应实验 一、实验目的 1、 2、 3、 4、测量电磁铁的磁感应强度与励磁电流的关系和电磁铁磁场分布。测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线。对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。 二、实验原理 图1磁阻效应原理 1 一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。 如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图1中a端和b端短路，则磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ(0)表示。其中ρ(0)为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ(B)，则
Δρ=ρ(B)-ρ(0)。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R(0)正比于 Δρ/ρ(0)，这里ΔR=R(B)-R(0)，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量 ΔR/R(0)来表示磁阻效应的大小。 图2 图2所示实验装置，用于测量磁电阻的电阻值R与磁感应强度B之间的关系。实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率ΔR/R(0)正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中ΔR/R(0)与磁感应强度B呈线性关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。 2 如果半导体材料磁阻传感器处于角频率为ω的弱正弦波交流磁场中，由于磁电阻相对变化量ΔR/R(0)正比于B，则磁阻传感器的电阻值R将随角频率2ω作周期性变化。即在弱正弦波交流磁场中，磁阻传感器具有交流电倍频性能。若外界交流磁场的磁感应强度B为 B=B0COSωt (1) (1)式中，B0为磁感应强度的振幅，ω为角频率，t为时间。 2设在弱磁场中ΔR/R(0)=KB(2) (2)式中，K为常量。由(1)式和(2)式可得 R(B)=R(0)+ΔR=R(0)+R(0)×[ΔR/R(0)] 22=R(0)+R(0)KB0COSωt 2 1212R(0)KB0+R(0)KB0COS2ωt (3) 22 1122(3)式中，R(0)+R(0)KB0为不随时间变化的电阻值，而R(0)KB0cos2ωt为以角频22=R(0)+ 率2ω作余弦变化的电阻值。因此，磁阻传感器的电阻值在弱正弦波交流磁场中，将产生倍频交流电阻阻值变化。
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
佛山科学技术学院 实 验 报 告 课程名称 实验项目 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 成 绩 日 期 年 月 日 【实验目的】 1．掌握减小伏安法测量电阻的方法误差和仪表误差的方法； 精品文档，超值下载 2．根据测量不确定度的要求，合理选择电压表和电流表的参数； 3．根据给定实验仪器合理设计变形电桥电路（或电压补偿测量电路）测量电阻。 【实验仪器】 直流稳压电源、伏特表、毫安表、被测电阻、滑线变阻器（或电位器）2个、电阻箱2只、开关式保护电阻、开关。 【实验原理】 1．方法误差 根据欧姆定律，测出电阻R x 两端的电压U ，同时测出流过电阻R x 的电流I ，则待测电阻值为 I U R x = 测 （24-1） 通常伏安法测电阻有两种接线方式：电流表内接法和电流表外接法。由于电表内阻的存在，这两种方法都存在方法误差。 在内接法测量电路中（如图24-1所示），电流表的读数I 为通过电阻R x 的电流I x ，但电压表的读数U 并不是电阻R x 的两端电压U x ，而是U=U x +U A ，所以实验中测得的待测电阻阻值为 A x A x x R R I R R I I U R +=+== ) (内 式中R A 是电流表的内阻。它给测量带来的相对误差为 x A x x R R R R R E = -= 内内 （24-2） 内接法测量待测电阻阻值的修正公式 A x R I U R -= 。 （24-3） 在外接法测量电路中（如图24-2所示），电压表的读数U 等于电阻R x 的两端电压U x ，但电流表的读数I 并不是流过R x 的电流I x ，而是I=I x +I V ，所以实 验中测得的待测电阻阻值为 图24-1 内接法 图24-2 外接法
竭诚为您提供优质文档/双击可除磁电阻测量实验报告 篇一：巨磁电阻实验报告 实验报告班 姓名张涛学号1003120505指导老师徐富新 实验时间20XX年5月25日，第十三周，星期日 篇二：_磁电阻特性_实验报告 实验8-1Insb磁电阻特性研究 【实验目的】 1、掌握磁感应强度的测量方法； 2、了解磁电阻的一些基本知识； 3、测量和分析Insb材料磁电阻特性；【实验原理】 磁电阻(magnetoResistance，mR)通常定义为 ?RR(0) ? R(b)?R(0) R(0) （8-1-1）
其中：R（0）是零外场下的电阻，R（b）是外场b下的电阻。有时，上式也可以表示为目前，已被研究的磁性材料的磁电阻效应大致包括：由磁场直接引起的磁性材料的正常磁电阻、与技术磁化相联系的各向异性磁电阻、掺杂稀土氧化物中特大磁电阻、磁性多层膜和颗粒膜中特有的巨磁电阻、以及隧道磁电阻等。图8-1-2列出了几种磁电阻阻值R随外磁场μ0h的变化形式。在以上磁电阻效应中，正常磁电阻应用最为普遍。 图8-1-1几种典型的磁电阻效应 正常磁电阻普遍存在于所有磁性与非磁性材料中，其来源于外磁场对载流子的洛仑兹力，它导致载流子运动发生偏转或产生螺旋运动，从而使载流子碰撞几率增加，造成电阻升高，因而，在正常磁电阻中，??//、??T和???均为正，并且有?T??//。正常磁电阻与外场的关系如图8-1-2所示。在特定的温度，随外场的增加，在低场区域，正常磁电阻近似地与外场成平方关系。对于单晶样品，在较高的磁场区域，??//显示了饱和的趋势(曲线 图8-1-2 Ｂ)，而??T和???显示出各向异性，即随外场增加或正 比于(曲线A)或趋于饱和(曲线b)。对于多晶样品，在强场中，正常磁电阻则显示出与外场h的线性关系(曲线c)。正 常磁电阻的各项异性来源于费米面的褶皱。
实验十四巨磁电阻效应及应用 【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.测量GMR开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线 5.用GMR传感器测量电流 6.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 7.通过实验了解磁记录与读出的原理 【实验仪器】 巨磁电阻效应及应用实验仪 【实验原理】 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。 GMR作为自旋电子学的开端具有深远的科学意义。传统的电子学是以电子的电荷移动为基础的，电子自旋往往被忽略了。巨磁电阻效应表明，电子自旋对于电流的影响非常强烈，电子的电荷与自旋两者都可能载运信息。自旋电子学的研究和发展，引发了电子技术与信息技术的一场新的革命。目前电脑，音乐播放器等各类数码电子产品中所装备的硬盘磁头，基本上都应用了巨磁电阻效应。利用巨磁电阻效应制成的多种传感器，已广泛应用于各种测量和控制领域。除利用铁磁膜-金属膜-铁磁膜的GMR效应外，由两层铁磁膜夹一极薄的绝缘膜或半导体膜构成的隧穿磁阻(TMR)效应，已显示出比GMR效应更高的灵敏度。除在多层膜结构中发现GMR效应，并已实现产业化外，在单晶，多晶等多种形态的钙钛矿结构的稀土锰酸盐中，以及一些磁性半导体中，都发现了巨磁电阻效应。 本实验介绍多层膜GMR效应的原理，并通过实验让学生了解几种GMR传感器的结构、特性及应用领域。 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则散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自 221
《基础物理》实验报告 学院：国际软件学院专业：数字媒体技术2011 年 6 月3日
一、实验目的 1.了解测量低电阻的特殊性。 2.掌握双臂电桥的工作原理。 3.用双臂电桥测金属材料（铝.铜）的电阻率。 二、实验原理 我们考察接线电阻和接触电阻是怎样对低值电阻测量结果产生影响的。例如用安培表和毫伏表按欧姆定律R＝V／I测量电阻Rx，电路图如图1 所示， 考虑到电流表、毫伏表与测量电阻的接触电阻后，等效电路图如图2所示。 由于毫伏表内阻Rg远大于接触电阻R i3和R i4,因此他们对于毫伏表的测量影响可忽略不计，此时按照欧姆定律R＝V／I得到的电阻是（Rx+ R i1+ R i2）。当待测电阻Rx小于1时，就不能忽略接触电阻R i1和R i2对测量的影响了。 因此，为了消除接触电阻对于测量结果的影响，需要将接线方式改成下图3方式，将低电阻Rx以四端接法方式连接，等效电路如图4 。此时毫伏表上测得电眼为Rx的电压降，由Rx = V/I即可准测计算出Rx。接于电流测量回路中成为电流头的两端(A、D)，与接于电压测量回路中称电压接头的两端(B、C)是各自分开的，许多低电阻的标准电阻都做成四端钮方式。
根据这个结论，就发展成双臂电桥，线路图和等效电路图5和图6所示。标准电阻Rn电流头接触电阻为R in1、R in2，待测电阻Rx的电流头接触电阻为R ix1、R ix2，都连接到双臂电桥测量回路的电路回路内。标准电阻电压头接触电阻为R n1、R n2，待测电阻Rx电压头接触电阻为R x1、R x2，连接到双臂电桥电压测量回路中，因为它们与较大电阻R1、R 2、R3、R相串连，故其影响可忽略。 由图5和图6，当电桥平衡时，通过检流计G的电流I G = 0, C和D两点电位相等，