巨磁电阻效应
是一种材料的电学和磁学性质相互作用的现象。当一些特定材料在存在磁场时，将呈现出电阻率的变化，这种变化与加在该材料上的磁场强度和方向有关，该现象被称为。
的历史可以追溯到上世纪六十年代初，在实验中发现了铁磁材料的电阻率会随磁场强度或方向的改变而呈现明显的变化。然而当时的科学家尚不能很好地解释这个现象的成因。直到1988年，法国布鲁斯库尔化学实验室的斯普罗所做的一项实验，这个现象才被人们正式地命名为“”。
与其他电学和磁学的相互作用不同，的材料只需要在外加磁场的作用下就可以呈现出这种性质。在材料物理领域，已经成为了一个非常重要的研究对象，因为这种现象不仅具有重要的物理机制，而且还具有更广阔的应用前景。
尤其是在现代信息技术领域，被广泛应用于存储器、传感器、探测器等硬件设备中。我们都知道，计算机的运作是基于二进制代码的，而二进制代码就是由0和1来表示的。在硬盘上，这些0和1是通过硬盘磁头感受到的磁场来识别的。磁头的读写效率直接决定了硬盘的速度和性能。在为了提高硬盘的读写速度和稳定性，研制出了磁性随机存储器（MRAM）。
何为磁性随机存储器（MRAM）呢？它是一种新型的存储器。其内部存储单元是由一个磁随机存储单元和一对磁电性元件组成，可以实现非易失性存储，能够在断电的情况下保留内部存储的信息。因此，即使断电，内部存储的数据也不会丢失。MRAM是一种具有很高潜力的诺基亚手机的未来手机技术，因为它具有速度快、数据存取精确、随机读写、支持容量迅速增加等优点，是一种非常有发展潜力的存储技术。
另外，在磁性传感器方面，也被广泛地应用。领域和特殊应用如航空航天、重型机械和精密仪器等。
不仅如此，在医疗设备方面，磁性材料的应用也有很多。目前正在繁衍以大型磁共振仪为代表的医疗设备，这些设备工作原理都与有关。利用大型磁共振仪产生的磁场进行人体成像，这就是基于的背景。同时，在医疗器械的生产领域，通过采用巨磁电阻材料的图像传感器，能够检测到身体组织中的细小变化，实现对患者病情的更加精确的判断和治疗的效果跟踪。
超巨磁电阻薄膜物理及应用
摘要： 由于在外界温度变化和磁场作用下表现出巨大的磁电阻效应(CMR)，超巨磁电阻材料成为一个热点研究课题。CMR材料在硬盘读出磁头，随机存储器上极具潜力，在磁传感器、光热辐射探测器、场效应晶体管及磁制冷等方面的应用也崭露头角。首先介绍了CMR薄膜材料的结构和机理，接着详细讨论了它们在器件应用上，尤其是在激光感生电压热电电压效应(LITV)、Bolometer、传感器等有关方面的应用进展。最后展望了CMR薄膜未来的应用前景。
引言
众所周知，许多物质在外磁场作用下都可观察到磁致电阻效应，但一般材料最大只有2％～3％ 。l988年，法国巴黎大学的巴西学者Baibich等⋯首次报道了Fe／Cr超晶格的磁电阻变化率达到50％ ，比通常的磁电阻效应大一个数量级，而且远远超过多层膜中Fe层磁电阻变化的总和，这一现象被称为巨磁电阻效应(GiantMagnetoresistance，简记为GMR)。此后，人们相继在自旋阀，颗粒膜，非连续膜和隧道结以及钙钛矿锰氧化物薄膜中发现了巨磁电阻效应。值得关注的是，1993年，Helmolt等 在LaBaMnO3薄膜中观察到了更巨大的负磁阻效应，其MR效应可达到l0 ％～l0。％，引起了物理、计算机、材料和自动控制等领域的众多科学家的极大兴趣，因为这预示了巨磁电阻效应的研究不仅由金属、合金样品扩展到了氧化物材料，还提出许多前沿的物理问题，这无疑将对巨磁电阻材料的实际应用起到巨大的推动作用。随后的进一步研究发现，掺杂稀土锰氧化物在磁场下的反常输运性质不同于金属磁性超晶格样品中的巨磁电阻效应，而是与氧化物高温超导体中电子的强关联和输运更相近。因而，掺杂稀土锰氧化物的磁电阻随外磁场变化的现象又称为超巨磁电阻效应(ColossalMagnetoresistance，CMR)，并与强关联物理联系在一起。本文简单介绍了超巨磁电阻材料的结构和机理，着重讨论了近年来CMR材料在LITV 器件，Bolometer，传感器及磁随机存储器等方面的应用进展，最后展望了CMR材料的发展前景。
1 巨磁阻效应实验
人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态。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，相关理论指出这些状态源于铁磁性原子磁矩之间的直接交换作用和间接交换作用。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。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。
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磁电阻现象，通常情况下，物质的电阻率在磁场中仅产生轻微的减小；在某种条件下，电阻率减小的幅度相当大，比通常磁性金属与合金材料的磁电阻值约高10余倍，称为“巨磁阻效应”（GMR）；而在很强的磁场中某些绝缘体会突然变为导体，称为“超巨磁阻效应”（CMR）。巨磁阻效应是一种量子力学和凝聚态物理学现象，磁阻效应的一种，可以在磁性材料和非磁性材料相间的薄膜层（几个纳米厚）结构中观察到。这种结构物质的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关，两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值，明显大于磁化方向相同时的电阻值，电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量。
1986年德国尤利希科研中心的物理学家彼得·格伦贝格尔(Peter Grunberg)采用分子束外延(MBE)方法制备了铁-铬-铁三层单晶结构薄膜。在薄膜的两层纳米级铁层之间夹有厚度为0.8nm的铬层，实验中逐步减小薄膜上的外磁场，直到取消外磁场，发现膜两边的两个铁磁层磁矩从彼此平行(较强磁场下)转变为反平行(弱磁场下)。换言之，对于非铁磁层铬的某个特定厚度，没有外磁场时，两边铁磁层磁矩是反平行的。
近代物理实验 —— 物理实验教学中心
实验15 巨磁阻材料的磁阻效应
引 言
磁敏电阻效应是指某些材料的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。
如图1所示，当半导体处于磁场中时，半导体中的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端积聚电荷并产生霍耳电场。如果霍耳电场作用和某一速度的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(沿方向)。 ,AB
DCDC
图1
如果将图1中端和AB端短路，霍尔电场将不存在，所有电子将向B端偏转，使DC方向的电阻变得更大，因而磁阻效应加强。所以，霍耳效应比较明显的样品，磁阻效应就小；反之，霍耳效应比较小的样品，磁阻效应就大。 磁场引起的电阻率变化：()(0)H，()H和(0)分中别表示在磁场H和无磁场时电阻率。 磁电阻的大小常表示为：100%(0)MR, MR是Magnetoresistivity的缩写 实际测量中，常用磁阻器件的磁电阻相对改变量(0)RR来研究磁阻效应 由于(0)(0)RR —— ()(0)(0)(0)RRBRRR
其中()RB为磁场为B时样品的磁电阻，(0)R为零磁场时样品的磁电阻。
理论和实验都证明,对于一般正常磁电阻器件,磁阻相对改变量(0)RR在磁场较弱时与所
加磁场B的平方成正比，而在强磁场时与B成正比。 绝大多数非磁性导体的MR很小，约为10‐5%。磁性导体的MR最大约为3～5%，且电阻率的变化与磁场方向与导体中电流方向的夹角有关，即具有各向异性，称为各向异性磁电阻(Anisotropy Magnetoresistance, 记为AMR)。1988年，法国巴黎大学Albert Fert教授研究组，从英国物理学家N.F.Mott提出的磁性金属电现象的模型出发，设计了一种多层薄膜结构，近代物理实验 —— 物理实验教学中心
