复合结构丝的巨磁阻抗效应研究

巨型磁电阻材料的研究进展近年来，随着信息技术的不断发展，巨型磁电阻材料因其独特的磁电效应得到了广泛的研究与应用。

巨型磁电阻材料的研究进展对于现代信息技术的发展具有重要的意义。

本文将综述近年来巨型磁电阻材料研究领域的进展。

一、简介所谓磁电阻效应，就是材料在磁场影响下，其电阻产生变化。

巨型磁电阻是指在外加磁场作用下，其电阻随磁场方向的变化而变化的磁性材料。

这一效应的发现和研究可以追溯到20世纪70年代，在过去的几十年中，巨型磁电阻材料的性能得到不断地提高和发展。

这种材料具有广泛的应用前景，在高灵敏度传感器、存储芯片以及磁性存储等领域都有重要的应用。

二、巨型磁电阻材料的种类巨型磁电阻材料一般分为二维和三维结构的材料。

其中，二维结构的巨型磁电阻材料主要有沿轴或层状晶体结构的磁性柔性瓷体、铁电薄膜和纳米晶体。

三维结构的巨型磁电阻材料一般为磁性金属，如铁、镍和钴等材料。

这些材料具有优良的性能，可用于磁存储器、传感器、磁性导航等领域。

三、磁电阻效应机理巨型磁电阻材料的磁电阻效应是由于磁畴旋转或移动引起的。

磁畴旋转和移动可以改变材料的电阻，从而显示出磁电阻效应的特性。

磁性颗粒的微观结构和磁畴结构的变化及其与电子结构等方面的研究对于磁电阻效应机理的研究尤为重要。

四、巨型磁电阻材料的制备方法目前，制备巨型磁电阻材料的方法主要有物理气相沉积法、溅射法、化学还原法、层状堆垛法、溶胶-凝胶法等。

其中，物理气相沉积法因其薄膜制备的优势被广泛应用于界面磁电材料的研究。

溅射法也是一种常用的制备方法，在制备厚膜和薄膜方面较为常用。

化学还原法制备巨型磁电阻材料可以控制材料的尺寸和形貌，具有制备复杂结构样品的优势。

五、巨型磁电阻材料的应用前景巨型磁电阻材料具有广泛的应用前景，可用于磁传感器、磁存储器、自动控制系统、磁性导航等领域。

同时，随着新一代信息技术的不断发展，巨型磁电阻材料在高密度存储器、磁性芯片以及磁性传感器等领域的应用将会越来越广泛。

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。

MEMS讲义（2）：MEMS所使用的功能材料功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。

MEMS所使用的功能材料大大拓宽了MEMS 研究领域，提高和改善了MEMS器件和系统的性能，对实现特殊器件或者功能性器件做出了重大贡献。

一：SOI材料SOI （Silicon-on—Insulator）是一类较新的材料和结构, SOI 结构综合了体硅和SOI 材料各自的优点，具有部分绝缘和部分导电的特性. 一般采用键合方式来形成SOI结构.SOI 材料，即绝缘体上的硅材料，被国际上公认为“二十一世纪硅集成电路技术”的基础。

SOI材料有SOS ，FIPOS ，ZMR , SI2MOX 等。

目前SOI 材料主要用于低压、低功耗超大规模集成电路和抗辐照、耐高温的特种集成电路。

SOI 的另一个重要应用领域是制备微电子机械器件,相比传统的体硅压力传感器，用SOI 材料制备压阻式SOI 传感器具有耐高温的特点.采用SOI材料可以制备也比较理想的器件，但并不是说这种器件就是完美的，还存在着若干问题有待解决，如自加热效应、翘曲效应、寄生双极晶体管效应及浮体效应等。

二:压电材料（PZT）压电材料在外界振动激励作用生形变，引起材料内部应力的变化，其内部电荷发生位移从而产生了电场.因当压电晶体受到应力作用时，在它某些面上产生电荷，且应力与面电荷密度之间存在线形关系，这个现象称为正压电效应。

而当压电晶体受到电场作用时，在它的某方向上产生应变，且电场强度与应变之间存在线形关系，称为逆压电效应。

在压电效应中，机械域和电域的能量可以相互转换。

压电材料受到的机械应力产生电场，机械能转化为电能，这种转换模式称为传感器模式；在压电材料上外加电压，引起机械形变，电能转化为机械能，这中转换模式称为执行器模式。

巨磁电阻效应和应⽤_实验报告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\欧姆磁场强度/ ⾼斯图3 某种GMR材料的磁阻特性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。

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。