[讲解]巨磁阻效应的原理及应用

巨磁电阻原理巨磁电阻效应是一种基于磁电阻效应的现象，它是指在外加磁场的作用下，材料的电阻发生变化的现象。

巨磁电阻效应在许多领域都有着重要的应用，特别是在磁存储器、传感器、磁场测量等方面具有广泛的应用价值。

本文将从巨磁电阻效应的基本原理、应用以及发展趋势等方面进行介绍。

巨磁电阻效应的基本原理是指在外加磁场的作用下，材料的电阻发生变化的现象。

这种现象是由于材料内部的自旋极化和外部磁场之间的相互作用导致的。

一般来说，当外加磁场的方向与材料内部自旋极化方向一致时，材料的电阻会减小；反之，当外加磁场的方向与材料内部自旋极化方向相反时，材料的电阻会增大。

这种现象可以用一个参数巨磁电阻率来描述，它是指在外加磁场的作用下，材料电阻的相对变化率。

巨磁电阻率的大小与材料的特性以及外加磁场的大小有关。

巨磁电阻效应在磁存储器方面有着重要的应用。

由于巨磁电阻效应的存在，可以制造出一种新型的磁存储器，即巨磁电阻存储器。

这种存储器具有读写速度快、存储密度高、功耗低等优点，因此在计算机领域得到了广泛的应用。

另外，在传感器方面，巨磁电阻效应也有着重要的应用。

利用巨磁电阻效应制造的磁传感器具有灵敏度高、响应速度快等优点，可以用于测量磁场的强度、方向等参数。

除此之外，巨磁电阻效应还可以用于制造磁场测量仪器、磁导航系统等。

随着科学技术的不断发展，巨磁电阻效应也在不断得到深入研究和应用。

目前，人们正在努力寻找新的材料，以提高巨磁电阻效应的温度稳定性、巨磁电阻率等性能，从而拓展其在更广泛领域的应用。

同时，人们还在研究如何通过微纳加工技术制备出尺寸更小、性能更优越的巨磁电阻器件，以满足微型化电子设备对传感器和存储器件的需求。

综上所述，巨磁电阻效应是一种基于磁电阻效应的现象，具有重要的应用价值。

通过对巨磁电阻效应的研究和应用，可以制造出性能优越的磁存储器、传感器等器件，为信息技术、自动控制、生物医学等领域的发展提供有力支持。

随着科学技术的不断进步，相信巨磁电阻效应将会有更广阔的应用前景。

Ｍ电Ｒ阻：的＝相苎对丛变化学率＝为三：二坚竺与ｊ铲＝ｌｏ· ．９８％
图５中可以看出，线性最佳范围应在外磁感应强 度０．１５～１．０ ｍＴ，精确测量时可选外磁感应强度在该 范围内。从图５所显示的巨磁电阻Ｒ（Ｂ）与磁感应强 度日关系数据可知：①当磁感应强度曰增加时，巨磁 电阻阻值Ｒ（日）减小；②当磁感应强度Ｂ增加到某一 值Ｂ。时，巨磁电阻中所有磁矩方向均与外磁场方向一 致，这时就达到了电阻阻值饱和，外磁场增加，巨磁电 阻阻值不变。上述这两个特点只能用多层膜巨磁电阻 的自旋电子学理论才能解释。
它是由４个相同的巨磁电阻（Ｒ。＝Ｒ：＝Ｒ，＝Ｒ。＝Ｒ）组
成的直流电桥结构，Ｒ：和Ｒ。由高导磁率的材料（坡莫 合金层）覆盖屏蔽，阻值对外磁场无响应。Ｕ＋端和Ｕ．
端间开路，∥。。和０端为待测电阻的两端，当传感器处 于外磁场时，Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ；Ｒｌ＝Ｒ３＝Ｒ＋ＡＲ，ＡＲ为外磁 场磁感应强度为口时，单个巨磁电阻的电阻改变量；
万方数据
地急剧增加。他们认为，巨磁电阻效应是一种全新的 物理现象，其物理根源可能归因于磁性导体中传导电 子的自旋相关散射口－。巨磁电阻效应的发现极大地 推动了凝聚态物理学和信息存储领域的发展，并逐渐 形成了一门新的学科——磁电子学（又称自旋电子 学）。巨磁电阻效应的研究不仅在学术界引起了广泛 的关注，在经济领域也取得了巨大的成功，计算机上使 用的巨磁电阻（ＧＭＲ）读出磁头在多媒体信息库、网络 服务等方面已经产生了巨大的商业价值和深远的影 响，利用磁电阻效应制成的各类磁传感器，也将在汽 车工业、国防、航天等方面创造出巨大的社会财富。
万方数据
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（ｂ）郐铁磁层磁矩平行排列 图２电子受散射示意图

【2017年整理】巨磁阻效应的原理及应用巨磁阻效应（Giant Magnetoresistance, GMR）是一种物理现象，指在特定条件下，铁磁或亚铁磁材料中的磁电阻发生显著变化的现象。

这种现象在工业和科研领域具有广泛的应用价值，因此了解其原理及在各领域的应用十分重要。

一、巨磁阻效应的原理巨磁阻效应主要由以下几个因素决定：1.交换耦合：当两个磁性材料之间有耦合作用时，它们的磁矩会互相影响。

在特定的条件下，这种耦合作用会使材料的磁电阻发生显著变化。

2.层状结构：巨磁阻材料通常采用多层膜结构，其中每一层都可以作为电流通道。

当电流垂直于膜面流动时，各层中的磁矩会相互作用，导致电阻发生变化。

3.钉扎场：钉扎场是指材料内部由于杂质、缺陷或其他因素引起的局部磁场。

当电流在材料中流动时，钉扎场会对电流产生散射作用，导致电阻增加。

二、巨磁阻效应的应用巨磁阻效应在多个领域具有广泛的应用价值，以下是几个主要应用领域：1.硬盘读取头：巨磁阻材料制成的硬盘读取头是现代计算机和数据中心的核心组件之一。

由于其具有高灵敏度和低噪音的特性，使得硬盘读取头的读取速度和准确性得到大幅提升。

2.磁传感器：巨磁阻材料制成的磁传感器在医疗、工业和科研领域得到广泛应用。

例如，在医疗领域中，磁传感器可用于检测人体内的金属物体和进行磁场导航；在工业领域中，磁传感器可用于检测电动机和发电机的转子位置；在科研领域中，磁传感器可用于研究物质的磁性和电磁场分布。

3.磁场探测器：巨磁阻材料制成的磁场探测器可用于检测弱磁场和高精度测量磁场方向和大小。

例如，在地球物理勘探、生物医学和核磁共振等领域，磁场探测器具有重要应用价值。

4.磁记忆材料：巨磁阻材料制成的磁记忆材料具有高密度、高速度和高可靠性等优点，可用于数据存储和逻辑运算等领域。

与传统的半导体存储器相比，磁记忆材料具有更高的存储密度和更长的使用寿命。

5.磁场调控：巨磁阻效应还可以用于调控磁场分布和方向，从而在多个领域具有潜在的应用价值。

巨磁阻效应诺贝尔奖巨磁阻效应是指当一些材料受到外部磁场的作用时，其电阻会发生明显的变化。

这种现象最早被发现于1988年，迅速引起了科学界的广泛关注。

由于其重要性和广泛的应用前景，巨磁阻效应在2007年荣获诺贝尔物理学奖。

一、巨磁阻效应的原理巨磁阻效应的基本原理可归结为磁导率变化引起的电阻率变化。

在普通的金属导体中，电子输运主要受到热散射的影响，而在巨磁阻效应材料中，磁散射起主导作用，因此材料的电阻会随着磁场的变化而改变。

二、巨磁阻效应的应用巨磁阻效应的发现为磁存储技术提供了重要的突破口。

传统的硬盘驱动器使用的是磁电传感器，其灵敏度和分辨率有限。

而巨磁阻效应材料制成的传感器则具有更高的精确度和灵敏度，可以使磁存储设备更加可靠和高效。

此外，巨磁阻效应还广泛应用于医学成像、磁性传感器、磁流体阀和数据传输等领域。

通过利用巨磁阻效应，可以制造出更小、更快、更强大的设备，为科技和工程领域带来了巨大的进步。

三、巨磁阻效应的材料目前，已发现的巨磁阻效应材料主要包括铁磁金属和磁隧穿结构。

铁磁金属具有良好的磁导率和磁阻率变化，因此在巨磁阻效应的研究中扮演着重要角色。

而磁隧穿结构由两层铁磁金属之间的绝缘层构成，其电阻对磁场变化极为敏感，具有更高的磁阻率变化。

四、未来展望随着科技的不断发展，巨磁阻效应的应用前景将更加广阔。

人们期待通过巨磁阻效应材料的研究和改进，实现更高容量、更便携、更高速的磁存储设备。

另外，巨磁阻效应在传感器领域也有着巨大的潜力，可以应用于机器人、智能家居和自动驾驶等领域，为人类生活带来更多便利和创新。

总之，巨磁阻效应作为一项重要而又有潜力的科技成果，获得了诺贝尔物理学奖的认可和肯定。

这一发现为磁存储和磁传感技术带来了重要突破，将在未来继续为科技和工程领域的发展做出重要贡献。

巨磁阻效应发展的奠基人
法国科学家阿尔贝· 费尔和德国科学家彼得· 格林贝格尔 因1988年先后各自独立发现“巨磁电阻”效应而共同获得2007 年诺贝尔物理学奖。
阿尔贝· 费尔
彼得· 格林贝格尔
三、巨磁阻效应的应用
巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研制使 硬磁盘的体积更小和更灵敏的数据读出头。这使得存 储单字节数据所需的磁性材料尺寸大为减少，从而使 得磁盘的存储能力得到大幅度的提高。
硬磁盘存储器的结构
磁记录原理和记录方式
• 磁记录中的“位”和二进制信息中的“位 ”大多数情况下都是对应的：大多数情况 下磁场方向代表“0”，而它的反向磁场代表 “1”，这是一种最容易理解的信号调制方式 ，是很可靠的一种理论理解，可以在理论 分析的时候使用。
原理图
磁记录方式 写入数据
写线圈 I 铁芯 磁通 写线圈 I
二、效应发现
早在1988年，费尔和格林贝格尔就各自 独立发现了这一特殊现象：有些磁性材料在 非常弱小的磁性变化下就能导致发生非常显 著的电阻变化。那时，法国的费尔在铁、铬 相间的多层膜电阻中发现，微弱的磁场变化 可以导致电阻大小的急剧变化，其变化的幅 度比通常高十几倍，他把这种效应命名为巨 磁阻效应。
二、请利用巨磁阻材料，设计一个可以实现“通” 、和“断”的装置，并分析该装置可能的一些应用
。
•
“通”和”断“在电脑磁盘读取数据中的设计 图
谢谢大家！
组长：张羲 组员：赵玉平，陈烜，张超，张荣贵，李若 恒，叶顺。
巨磁阻效应及其应用
一、什么是巨磁阻效应？
平行磁化方向(低阻态)
相反磁化方向(高阻态)
巨磁阻效应是指当铁磁材料和非磁性金属层交替组合成的材料在
足够强的磁场中时,电阻突然巨幅下降的一种现象。如果相邻材料中的 磁化方向平行的时候，电阻会变得很低；而当磁化方向相反的时候电 阻则会变得很大。电阻值的这种变化是由于不同自旋的电子在单层磁 化材料中的散射性质不同而造成的。

巨磁电阻效应及其应用巨磁电阻效应（GMR）是指一种材料在外加磁场作用下，其电导率发生改变，从而导致电阻率发生变化的现象。

这一现象最早是在20世纪50年代由Alfred G. Yelon等人在垂直于金属层面的磁场作用下观察到的。

但直到1988年，Prinz等人才发现了铁磁性薄膜间的GMR现象，这也使得GMR效应引起了科学家们的广泛兴趣。

GMR效应在接下来的几年里得到了深入研究，被发现可以用于高密度数据存储和无线通讯等多种应用中。

GMR效应可以由一系列不同的物理机制所产生。

其中，最为常见的是自旋環境杂化（SEH）和直接交换耦合（DEC）。

在SEH机制下，电流通过一条薄膜时会造成电子的自旋极化，这个自旋极化可以将与之相邻的薄膜中的自旋磁矩引起旋转，导致自旋的损失。

因此，在自旋磁矩方向相同的情况下，电阻率会较小，而在自旋反向的情况下，电阻率会较大。

在DEC机制下，自旋子交换能会通过金属层之间的电场作用而引起自旋磁矩的反向。

这也可以导致GMR效应的体现，但其具体机理仍有待深入探究。

GMR效应在很多领域都具有重要的应用。

其中最为广泛的是在数据存储中的应用。

磁头读取硬盘上的数据时，通过读取与保存数据时的自旋方向差异来区分不同的数据信息。

而GMR头比传统头更加灵敏，因此能够更准确地读取数据，同时也能够提高数据存储的密度。

此外，GMR效应还可以应用于磁性传感器中。

例如，GMR平面传感器可以精确地测量磁场的强度和方向，因此被广泛应用于导航、探矿以及科学实验中。

此外，GMR还可以应用于生物医学领域中的诊断和治疗。

比如在生命科学中，GMR传感器可以用于检测药物和蛋白质的相互作用，在诊断和治疗中也具有潜在的应用价值。

总之，GMR效应是一种基于材料电导率随磁场变化的现象。

其重要的应用领域包括数据存储、磁性传感器以及生物医学等领域。

随着技术的进步和理解的不断深入，GMR效应将有更多广阔的应用前景。

巨磁电阻效应及应用的原理巨磁电阻效应的定义巨磁电阻效应是指当外加磁场发生变化时，材料的电阻发生改变的现象。

这种现象的发现和研究引发了巨磁电阻效应的探索和应用。

巨磁电阻效应的原理巨磁电阻效应是由磁性材料自旋极化和电子传输的相互作用引起的。

这种效应主要依赖于磁性材料中的自旋极化态以及电子的传输方式。

当磁场施加在磁性材料上时，磁场与材料中的自旋相互作用会引起自旋的重新排列。

自旋的重新排列会导致电子在材料中的传输行为发生变化，从而影响材料的电阻。

这种自旋排列的重新配置会引起电子的散射和反射，从而影响电子的传输路径和速度。

巨磁电阻效应的应用巨磁电阻效应的发现和研究为许多实际应用提供了可能。

以下是巨磁电阻效应的一些主要应用：1.磁存储器：巨磁电阻效应被广泛应用于磁存储器中，可用于读取和写入数据。

磁存储器可以储存大量的数据，而且巨磁电阻效应能够实现快速、高密度的读写操作。

2.磁传感器：巨磁电阻效应广泛应用于磁传感器中，用于检测磁场的变化。

磁传感器可以用于地理导航系统、磁共振成像仪、汽车导航系统等。

3.磁阻变传感器：巨磁电阻效应还可应用于磁阻变传感器中，用于检测物体的位置、位移和旋转角度。

磁阻变传感器可以应用于汽车制动系统、手持设备的姿态感知等领域。

4.磁阻随机存取存储器（MRAM）：巨磁电阻效应在磁阻随机存取存储器中的应用有很大潜力。

MRAM具有非易失性、低功耗、高速度和高密度等优点。

5.磁阻式角度传感器：巨磁电阻效应还可以应用于磁阻式角度传感器中，用于检测物体的角度变化。

磁阻式角度传感器可以应用于机械臂、机器人和汽车的转向系统等。

巨磁电阻效应的应用范围还在不断扩大，随着磁性材料和电子技术的进一步发展，巨磁电阻效应的新应用也在不断涌现。

总结巨磁电阻效应是材料的电阻在外加磁场变化时发生改变的现象，其实现需要磁性材料的自旋极化与电子传输的相互作用。

巨磁电阻效应的应用广泛，包括磁存储器、磁传感器、磁阻变传感器、磁阻随机存取存储器和磁阻式角度传感器等。

巨磁电阻效应巨磁电阻效应是一种材料的特殊电学性质，它在磁场的作用下，导致材料电阻发生变化。

这种效应最早于1857年被法国物理学家埃米尔·埃德蒙·皮卡尔发现，并在20世纪80年代得到了进一步的研究和应用。

一、巨磁电阻效应的原理巨磁电阻效应的原理主要基于磁电阻效应和自旋极化效应。

当电流通过材料时，自由电子会受到周围磁场的影响而发生偏转。

当磁场垂直于电流方向时，自由电子的自旋方向和运动方向会发生关联，这也被称为自旋阻尼。

在自旋阻尼的作用下，自由电子的速度和自旋方向会发生变化，导致电子在材料中碰到来自其他自由电子的阻力。

这种阻力会导致材料电阻的增加，从而出现巨磁电阻效应。

二、巨磁电阻效应的应用1. 磁存储技术巨磁电阻效应被广泛应用于磁存储器中，例如硬盘驱动器和磁存储芯片。

在磁存储器中，巨磁电阻效应可以使得读取电路能够更加准确地检测到磁场的变化，从而实现数据的读取和写入。

2. 磁传感器由于巨磁电阻效应的敏感性和可控性，它在磁传感器领域得到了广泛的应用。

磁传感器利用巨磁电阻效应可以测量磁场的强度和方向，广泛应用于导航、车辆安全和医疗设备等领域。

3. 电子设备巨磁电阻效应还被应用于电子设备中，例如磁传感器、扬声器和微波器件等。

这些设备利用巨磁电阻效应可以实现电阻的调节和信号的处理。

三、巨磁电阻效应的优势和展望与传统电阻相比，巨磁电阻效应有以下几个优势：1. 效应大：巨磁电阻效应的变化幅度可达到几十倍甚至上百倍。

2. 快速响应：巨磁电阻效应的响应速度可以达到纳秒级别。

3. 高稳定性：巨磁电阻效应是一种内禀的性质，不受温度和时间的影响。

随着科技的不断进步和应用场景的拓宽，巨磁电阻效应在各个领域都有很大的发展潜力。

未来，随着材料科学和纳米技术的进一步发展，相信巨磁电阻效应将有更加广泛的应用，为人们的生活带来更多便利和创新。

巨磁电阻的原理的作用巨磁电阻（Giant Magnetoresistance，GMR）是一种利用磁电阻效应来实现电阻变化的新型材料。

它是由物理学家A. Fert和P. Grunberg于1988年独立发现的，并于2007年因此获得了诺贝尔物理学奖。

巨磁电阻的原理主要基于两种不同的磁性材料层之间的自旋极化效应和电子面积散射的相互作用。

自旋是电子的一种内禀自由度，它类似于电子围绕核自旋的自旋成对，但自旋只有两个可能的方向：向上和向下。

巨磁电阻由两个层组成，一个为磁性层，另一个为非磁性层。

这两个层之间存在一种称为自旋探测层的薄层，用于检测磁场的变化。

当磁场的方向与自旋探测层内的自旋极化方向夹角发生变化时，会导致电阻值的改变。

这种磁场引起的电阻变化称为磁电阻效应。

巨磁电阻的作用主要表现在以下几个方面：1. 磁存储器：巨磁电阻可以被应用于磁存储器中，例如硬盘驱动器和磁带。

在数据读取和写入过程中，磁场的变化可以通过巨磁电阻的变化来解析和传输。

这种巨磁电阻效应使得磁存储器在存储密度、读取速度和稳定性方面有了显著提升。

2. 传感器：巨磁电阻被广泛应用于磁传感器中，例如指南针、磁敏电阻(MR)传感器和地震传感器等。

这些传感器通过检测磁场的变化来测量物理量，如位置、方向和振动等。

巨磁电阻具有高灵敏度和线性响应的优势，使得传感器的性能得到了大幅提升。

3. 电子设备：巨磁电阻的高灵敏度和可调性使其被应用于电子设备中，如磁传感器芯片、磁性写头和磁性随机存储器等。

这些应用领域中，巨磁电阻的优势在于其低功耗、小体积、高工作速度和长寿命等特点。

4. 生物医学：巨磁电阻也被应用于生物医学领域，如磁共振成像（MRI）和生物传感器等。

在MRI中，巨磁电阻可用于探测磁场的变化以图像化内部结构。

生物传感器方面，利用巨磁电阻可以实现对生物体内生物分子的检测和诊断，具有高灵敏度和快速响应的特点。

总之，巨磁电阻的原理通过利用磁电阻效应实现了电阻的变化，将其应用于磁存储器、传感器、电子设备和生物医学等领域。

【2017年整理】巨磁阻效应的原理及应用
巨磁阻效应，也称为巨磁电阻效应，是一种在磁场中通过材料产生电阻变化的现象。

这种现象在诺贝尔物理学奖中也得到了高度的重视。

这个现象被广泛地应用于传感器和磁存储器等领域。

巨磁阻效应的原理是通过运用材料磁电阻效应来实现的，其中涉及到了磁导率及磁相的变化。

在巨磁阻效应的材料中，主要是利用了铁磁体与非磁体之间的交替排列。

铁磁体面对磁场的导磁率要高于非磁体，在磁场中，磁力线会挤压铁磁体并且让自由电子的活动空间更小，电子的运动受到磁力线的影响也就越来越弱，因此阻力增大，使电阻率发生了变化。

巨磁阻效应被应用到传感器中的原理是将磁场信号转换成电阻变化信号。

传感器将磁场转换成电阻，从而通过实时测量电阻变化来确定磁场强度。

巨磁阻效应也被广泛应用于磁存储器的读写头中。

在磁存储器中，通过记录小磁场的相对方向来记录数字信息，而磁读头的读取则是通过测量磁场来实现的。

磁读头中借助巨磁阻效应来检测记录的数字，探针接收到来自介质表面所反射的信号，将信号转换成电阻变化信号，进而形成数字信息识别和读写的过程。

巨磁阻效应不单单只应用于磁存储器和传感器领域，它还可以被应用到其他领域，例如在生产线上的质量检测和转换设备上的电子分类等领域，逐渐地将其应用范围拓展到了其他领域中。

巨磁阻效应原理
巨磁阻效应是指在外加磁场作用下，磁电阻材料的电阻发生显
著变化的现象。

巨磁阻效应的发现，不仅在基础物理研究中具有重
要意义，而且在传感器、存储器、磁场测量等领域有着广泛的应用。

本文将着重介绍巨磁阻效应的原理及其在实际应用中的意义。

首先，我们来了解一下巨磁阻效应的基本原理。

巨磁阻效应是
由磁电阻材料的磁性微结构引起的。

在磁电阻材料中，存在着由磁
性和非磁性层交替排列形成的磁性微结构。

当外加磁场作用于这些
磁性微结构时，磁性层的磁矩会发生重新排列，从而导致了材料整
体电阻的变化。

这种磁矩重排所导致的电阻变化就是巨磁阻效应。

接下来，我们将讨论巨磁阻效应在实际应用中的意义。

由于巨
磁阻效应具有灵敏度高、响应速度快、能耗低等优点，因此在传感
器领域有着广泛的应用。

例如，利用巨磁阻效应制成的磁场传感器
可以用于测量地磁场、电流、位移等物理量，具有精度高、抗干扰
能力强的特点。

此外，巨磁阻效应还被应用于磁存储器领域。

利用
巨磁阻效应制成的磁阻随机存储器具有存储密度高、读写速度快的
特点，可以用于制造高性能的磁存储器。

除此之外，巨磁阻效应还
在磁场测量、磁导航等领域有着重要的应用价值。

总结一下，巨磁阻效应是一种重要的磁性现象，其原理是由磁
性微结构的磁矩重排所导致的电阻变化。

巨磁阻效应具有灵敏度高、响应速度快、能耗低等优点，在传感器、存储器、磁场测量等领域
有着广泛的应用前景。

相信随着科学技术的不断发展，巨磁阻效应
将会在更多领域展现出其重要的作用。

巨磁电阻效应的原理及应用1. 巨磁电阻效应的介绍巨磁电阻效应（Giant Magnetoresistance，GMR）是一种描述材料电阻随外加磁场变化的现象。

GMR的发现被认为是短距离存储技术的突破，对磁敏感材料和磁传感器的发展具有重要意义。

2. 巨磁电阻效应的原理巨磁电阻效应的产生与磁性多层膜结构中存在的顺磁性层和铁磁性层之间的相互作用有关。

当外加磁场改变时，磁性多层膜中的磁性层会发生磁矩的重排和旋转，从而导致电子的自旋定向与电子传输方向的关系发生变化。

这种变化会导致电阻的变化，即巨磁电阻效应的产生。

3. 巨磁电阻效应的应用巨磁电阻效应的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：3.1 磁存储器巨磁电阻效应在磁存储领域发挥着重要作用。

由于巨磁电阻效应的出现，磁存储器的读写速度得到了显著提高。

传统磁存储器需要通过读写头的接触来读取数据，而采用巨磁电阻效应材料制成的磁存储器只需通过测量电阻值的变化来完成数据读取，大大提高了读取速度和数据存取密度。

3.2 磁传感器巨磁电阻效应材料常常被用于制作磁传感器。

巨磁电阻效应材料的电阻值随外加磁场的变化而变化，因此可以利用巨磁电阻效应材料制成的传感器来测量磁场的强度和方向。

磁传感器在航空航天、交通运输、医疗设备等领域中得到了广泛应用。

3.3 磁电阻随机存取存储器（MRAM）巨磁电阻效应也被应用于磁电阻随机存取存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）的制造。

MRAM是一种新型的非易失性存储器，兼具闪存和DRAM的优点。

相比传统存储器技术，MRAM具有读取速度快、功耗低、抗辐射等优势。

3.4 理论研究与材料改进巨磁电阻效应的研究也对材料科学领域有着重要意义。

科学家们通过对巨磁电阻效应的原理和机制的研究，不断改进巨磁电阻材料的性能和稳定性，以实现更高的电阻变化率和更佳的传感特性。

4. 结论巨磁电阻效应作为一种重要的磁电效应，具有广泛的应用前景。

巨磁电阻效应及应用实验报告巨磁电阻效应及应用实验报告引言在现代科技领域中，材料科学的发展一直是一个重要的研究领域。

巨磁电阻效应作为一种重要的磁电效应，在材料科学中具有广泛的应用前景。

本实验旨在探究巨磁电阻效应的原理和特性，并通过实验验证其在实际应用中的可行性。

一、巨磁电阻效应的原理巨磁电阻效应是指在外加磁场作用下，材料电阻发生变化的现象。

这一效应的发现对磁性材料的研究和应用带来了革命性的变化。

巨磁电阻效应的原理主要是基于磁矩自旋相互作用和电子传输过程中的自旋极化效应。

当外加磁场作用于材料时，磁矩会发生定向排列，导致电子在材料中传输时会受到不同程度的散射，从而改变了材料的电阻。

二、实验方法1. 实验材料准备本实验选用了一种常见的巨磁电阻材料，如铁磁合金。

首先，将铁磁合金样品切割成适当的尺寸，并对其进行表面清洁处理，以确保实验的准确性。

2. 实验装置搭建将铁磁合金样品固定在实验装置中，并连接电源和电流计，以便测量电阻的变化。

同时，设置一个可调节的磁场装置，用于施加外加磁场。

3. 实验步骤首先，将实验装置置于零磁场环境中，测量铁磁合金样品的初始电阻。

然后，逐渐增加外加磁场的强度，并测量相应的电阻值。

记录每个磁场强度下的电阻值，并绘制电阻-磁场曲线。

三、实验结果与分析通过实验测量得到的电阻-磁场曲线如下图所示。

从图中可以看出，在外加磁场作用下，铁磁合金样品的电阻发生了明显的变化。

随着磁场的增加，电阻呈现出逐渐减小的趋势。

图1：电阻-磁场曲线根据实验结果可以发现，铁磁合金样品在外加磁场作用下呈现出典型的巨磁电阻效应。

这是由于外加磁场改变了材料中磁矩的排列方式，导致电子在传输过程中受到不同程度的散射，从而改变了电阻值。

四、巨磁电阻效应的应用巨磁电阻效应在实际应用中具有广泛的潜力。

其中最典型的应用就是磁存储技术。

通过利用巨磁电阻效应，可以实现高密度、高速度的磁存储器件。

此外，巨磁电阻效应还可以应用于传感器、磁场测量和磁性材料的研究等领域。

巨磁阻效应的原理及应用1. 引言巨磁阻效应（Giant Magneto Resistance，简称GMR）是一种材料特性，是指在外加磁场下，材料电阻发生大幅度变化的现象。

由于其在信息存储、传感器等领域具有广泛的应用，因此对其原理及应用进行深入研究和了解具有重要意义。

2. 巨磁阻效应的原理巨磁阻效应源于磁性多层结构材料中的自旋阻尼效应和磁性交换效应。

当多层结构材料中的两个磁性层之间被非磁性层隔开时，自旋极化电流通过这些层会引起阻尼之间的传递，导致电阻发生变化。

巨磁阻效应的原理可以用以下几点进行解释：•磁性多层结构：采用多层薄膜结构，其中包含不同磁性层和非磁性层。

•自旋极化电流：施加自旋极化电流时，电子的自旋会对电子传输产生影响。

•自旋阻尼效应：自旋极化电流通过磁性层时，会与该层磁矩发生相互作用，引起自旋的阻尼。

•磁性交换效应：自旋极化电流引起的自旋阻尼会与相邻磁性层之间的磁性交换作用产生耦合，导致电阻变化。

3. 巨磁阻效应的应用3.1 磁存储器巨磁阻效应在磁存储器中有广泛应用。

磁存储器利用外加磁场的变化，改变磁性多层结构材料中的电阻，从而存储和读取信息。

巨磁阻效应的高灵敏度和可控性，使得磁存储器具有更高的容量和更快的速度。

3.2 磁传感器巨磁阻效应也可以应用于磁传感器中。

磁传感器利用材料的电阻变化来感应磁场的变化。

巨磁阻传感器具有高灵敏度、宽工作范围和低功耗的特点，广泛应用于磁测量、地磁导航和磁生物学等领域。

3.3 磁电阻头巨磁阻效应还可以用于磁电阻头的制造。

磁电阻头是读取硬盘驱动器中存储信息的装置，利用材料电阻的变化来感知磁场中的数据。

巨磁阻效应的高灵敏度和稳定性，使得其在磁电阻头中有广泛的应用。

3.4 其他应用领域除了上述应用领域，巨磁阻效应还可应用于磁生物学、磁传导等领域。

例如，巨磁阻效应可以用于生物传感器中，实现对生物磁场的检测和分析。

此外，巨磁阻效应还可以用于磁传导器件中，实现磁传导的控制和调节。

巨磁电阻原理巨磁电阻效应是指在外加磁场的作用下，材料的电阻发生变化的现象。

这一效应是由于磁性材料中自旋磁矩的定向受到外磁场的影响而引起的。

巨磁电阻效应在磁存储、传感器、磁电阻头等领域具有重要应用价值。

巨磁电阻效应的原理可以通过以下几个方面来解释：首先，当外加磁场作用于磁性材料时，磁性材料中的自旋磁矩会发生定向，导致材料的电子运动轨道发生变化。

这种变化会影响材料的电子输运性质，进而改变材料的电阻。

其次，巨磁电阻效应还与磁性材料中的磁畴结构有关。

磁畴是指在磁性材料中具有一定方向的微观磁矩区域。

在无外磁场作用时，磁性材料中的磁畴呈现出随机分布的状态，导致材料的电阻较大。

而在外加磁场作用下，磁畴会发生重新排列，使得磁性材料的电阻发生变化。

最后，巨磁电阻效应还与自旋极化有关。

自旋极化是指在磁性材料中，电子的自旋方向会受到外磁场的影响而发生变化。

这种自旋极化会影响材料的电子输运性质，从而改变材料的电阻。

总的来说，巨磁电阻效应是由外磁场对磁性材料中的自旋磁矩、磁畴结构和自旋极化等方面的影响而产生的。

利用这一效应，可以设计出各种应用于磁存储、传感器等领域的巨磁电阻器件，为现代电子技术的发展提供了重要的支持。

在实际应用中，巨磁电阻效应的研究和应用具有重要的意义。

通过对巨磁电阻效应的深入理解，可以设计出更加高效、稳定的巨磁电阻器件，为磁存储、磁传感器等领域的发展提供更多可能性。

同时，巨磁电阻效应的研究也有助于深入理解磁性材料的电子输运性质，为材料科学的发展做出贡献。

综上所述，巨磁电阻效应是一种重要的磁电效应，其原理涉及磁性材料中的自旋磁矩、磁畴结构和自旋极化等方面。

通过对这些方面的研究，可以设计出各种高效、稳定的巨磁电阻器件，为现代电子技术的发展提供重要支持。

巨磁电阻效应的研究和应用具有重要的意义，对于推动磁存储、传感器等领域的发展具有重要的推动作用。

巨磁电阻效应及应用一． 实验目的理解多层膜巨磁电阻（Giant Magneto Resistance —GMR ）效应的原理，通过实验了解几种GMR 传感器的结构、特性及应用领域。

二． 实验内容1.GMR 模拟传感器的磁电转换特性测量改变螺线管励磁电流，记录传感器的输出模拟电压。

螺线管电流范围-100mA~100mA 。

由公式nI B 0μ=（n 为线圈密度，I 为流经线圈的电流强度，m H /10470-⨯=πμ）计算出磁感应强度B ，以B 为横坐标，电压表读数为纵坐标做出磁电转换特性曲线。

2.GMR 磁阻特性测量改变螺线管励磁电流，记录巨磁阻的输出电流。

螺线管电流范围-100mA~100mA （正负电流的切换需手动改变导线连接）。

根据欧姆定律计算巨磁阻的电阻，以磁感应强度B 为横坐标，磁阻为纵坐标做出磁阻特性曲线。

3.GMR 开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线测量改变螺线管励磁电流，记录传感器的输出开关电压。

螺线管电流在-50mA~50mA 。

以磁感应强度B 为横坐标，电压读数为纵坐标做出开关传感器的磁电转换特性曲线。

4.用GMR 模拟传感器测量电流将待测电流设为0，改变偏置磁场，使得巨磁阻输出电压最大，记录此值。

保持该偏置磁场，改变待测电流，每隔50mA 记录一次巨磁阻的输出电压。

其中，待测电流变换范围-300mA~300mA 。

改变偏置磁场，重复测量3组数据。

以电流读数为横坐标，电压表读数为纵坐标作图，分别作出4条曲线。

5.GMR 梯度传感器的特性及应用逆时针慢慢转动齿轮，当输出电压为0时记录起始角度，以后每转3度记录一次角度与电压表的读数。

转动48度齿轮转过2齿，输出电压变化2个周期。

以齿轮实际转过的度数为横坐标，电压表的度数为纵向坐标作图。

6.磁记录与读出读写模块启用前，同时按下“0/1转换”和“写确认”按键约2秒，将读写组件初始化。

将此卡有刻度区域的一面朝前，沿着箭头标识的方向插入划槽，按需要切换写“0”或写“1”，按住“写确认”按键不放，缓慢移动磁卡，根据磁卡上的刻度区域写入。

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 Å 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）。

上图为Fe/Cr 多层膜在T＝4.2 K 时的磁电阻磁场关系。