巨磁阻效应

巨磁阻效应实验报告巨磁阻效应实验报告引言：巨磁阻效应是一种材料在外加磁场下，磁阻发生显著变化的现象。

这种现象被广泛应用于磁存储、传感器等领域。

本实验旨在探究巨磁阻效应的基本原理和应用。

一、实验目的本实验的主要目的是通过实验验证巨磁阻效应的存在，并探究其与外加磁场强度、温度等因素的关系。

二、实验原理巨磁阻效应是指材料在外加磁场下，其电阻发生显著变化的现象。

这种变化是由于磁矩在外加磁场作用下发生重排而引起的。

当外加磁场增大时，磁矩的重排程度增加，导致电阻的变化。

巨磁阻效应的大小可以通过磁阻率的变化来衡量。

三、实验材料和仪器本实验所需的材料和仪器有：磁铁、巨磁阻效应样品、电源、万用表、恒温槽等。

四、实验步骤1. 将巨磁阻效应样品放置在恒温槽中，使其温度保持恒定。

2. 将电源接入巨磁阻效应样品，调节电流大小，测量电阻值。

3. 在不同的温度和磁场强度下，重复步骤2，记录数据。

4. 对实验数据进行分析和处理，得出结论。

五、实验结果和分析通过实验测量得到的数据，我们可以得出以下结论：1. 随着外加磁场强度的增加，巨磁阻效应样品的电阻值呈现出明显的变化。

这表明巨磁阻效应的存在。

2. 在一定的温度范围内，巨磁阻效应的大小与温度呈现出一定的关联性。

随着温度的升高，巨磁阻效应的大小逐渐减小。

3. 不同样品的巨磁阻效应大小有所差异，这与样品的材料特性有关。

六、实验误差分析在实验过程中，可能存在一些误差，如电流的测量误差、温度控制的误差等。

这些误差可能会对实验结果产生一定的影响。

为了减小误差，我们可以采取一些措施，如提高仪器的精度、增加数据的重复性等。

七、实验应用巨磁阻效应在磁存储、传感器等领域有着广泛的应用。

通过巨磁阻效应，我们可以设计出更加灵敏、高效的传感器，提高磁存储设备的性能等。

八、结论通过本次实验，我们验证了巨磁阻效应的存在，并探究了其与外加磁场强度、温度等因素的关系。

巨磁阻效应在磁存储、传感器等领域具有重要的应用价值。

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I、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（1=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，1=0的轨道叫s轨道，1=1的叫p轨道，1=2的叫d轨道，而1=3的则叫f轨道。

磁量子数（ml= -I, -I+1…0…1-1 , I）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。

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――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。

O
100%
d/nm
乙
巨磁电阻效应
1988年阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔发现，在铁、铬相间的三层复合膜电阻中，微弱的磁场可以导致电阻大小的急剧变化，这种现象被命名为“巨磁电阻效应”．
更多的实验发现，并非任意两种不同种金属相间的三层膜都具有“巨磁电阻效应”．组成三层膜的两种金属中，有一种是铁、钴、镍这三种容易被磁化的金属中的一种，另一种是不易被磁化的其他金属，才可能产生“巨磁电阻效应”．
进一步研究表明，“巨磁电阻效应”只发生在膜层的厚度为特定值时．用R 0表示未加磁场时的电阻，R 与膜层厚度d （三层膜厚度均相同）的关系如乙图所示．
1994年IBM 公司根据“巨磁电阻效应”原理， 研制出“新型读出磁头”，将磁场对复合膜阻值的影响转换成 电流的变化来读取信息．
（1）以下两种金属组成的三层复合膜可能发生“巨磁电阻效应”的是 ▲ ．
A ．铜、银
B ．铁、铜
C ．铜、铝
D ．铁、镍
（2）对铁、铬组成的复合膜，当膜层厚度是时，这种复合膜电阻 ▲ （选填“具
有”或“不具有”）“巨磁电阻效应”．
（3）“新型读出磁头”可将微弱的 ▲ 信息转化为电信息． （4）铁、铬组成的复合膜，发生“巨磁电阻效应”时，
其电阻R 比未加磁场时的电阻R 0 ▲ （选填 “大”或“小”）得多．
（5）丙图是硬盘某区域磁记录的分布情况，其中1
表示有磁区域，0表示无磁区域．将“新型读出 磁头”组成如图所示电路，当磁头从左向右匀速 经过该区域过程中，电流表读数变化情况应是丁 图中的 ▲ ． 参考答案：（1）B （2）具有 （3）磁（4）小（5）B
A
B
C
D
丁
硬盘上的磁记录
右
左。

巨磁电阻效应——2007年诺贝尔物理学奖简介瑞典皇家科学院宣布，法国科学家阿尔伯特·费尔和德国科学家彼得·格鲁伯格共同获得2007年诺贝尔物理学奖.获奖的原因是这两位科学家先后独立发现了“巨磁电阻”（GMR）效应.这个发现引发的技术进步极大地提高了计算机硬盘磁头的数据读取能力，使硬盘无论从容量还是体积上都产生了质的飞越.这个发现还导致了新一代磁传感器的出现，而且巨磁电阻被认为是纳米技术最重要的应用之一.1 磁致电阻的发现及应用磁电阻是一种铁、钴、镍等铁磁体置于外磁场中其电阻发生变化的物理现象.铁磁体的这个性质与电流方向和外加磁场方向有密切关系.150年前英国物理学家W.汤姆孙(开尔文勋爵)测量了铁和镍在外加磁场中的磁电阻效应.他写道：“我发现将铁置于磁场中，当电流方向与磁场方向一致时导体的电阻增大，而磁场方向与电流方向垂直时电阻减小.”这一现象被称为磁电阻各向异性(AMR)，现在人们知道这是由电子自旋引起的.磁致电阻技术在应用于硬盘磁头后成为一项重要的实用技术，在20世纪80年代，广泛用于制造磁头的材料是坡莫合金.随着计算机的不断发展，对数据存贮量的要求不断加大.人们迫切需要提高硬盘的存贮密度，但是如果大幅度提高硬盘的数据密度，磁单元就要做得非常小，每个单元的磁场强度就会变得很低.通常情况下，磁致电阻的改变是非常微小的，仅有不到一个百分点的变化，在当时科学家们认为想要提高基于MR技术磁头的效能非常困难.如何提高磁致电阻效能成为当时制约硬盘数据密度进一步扩大的瓶颈技术.2 巨磁电阻现象及其基本原理1988年，两个独立的研究小组意外地发现了非常巨大的磁电阻效应，即后来被命名的巨磁电阻效应.他们在实验中应用了一种叫做多层磁膜的材料，这种材料是由厚度仅为几个原子的铁磁纳米材料薄膜与非磁性金属纳米膜层叠而成.如图1格鲁伯格小组磁膜的结构是铁-铬-铁三明治式结构，而费尔小组的磁膜则是由多达60层的铁-铬层构成。