实验101各向异性磁电阻测量

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1、实验10.1各向异性磁电阻测量【摘要】材料的磁电阻效应被应用的非常广泛，本次实验通过对磁性合金的各向异性磁电阻的测量，初步了解磁电阻的一些特性，同时掌握室温磁电阻的测量方法。【引言】材料的电阻率随着外加磁场的不同而改变的现象就是磁电阻效应。我们把磁场引起的电阻率变化写成Δρ＝ρ（Ｈ）－ρ（０），其中ρ（Ｈ）和ρ（０）分别表示在磁场H中和没有磁场时的电阻率。磁电阻的大小常表示为：MR=∆ρρ×100%其中ρ可以是ρ（Ｈ）或ρ（０），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，称之为各向异性磁电阻（AMR）。此后人们陆续发现了，MR很大的巨磁电阻（G

2、MR）效应和庞磁电阻（CMR）效应，以及隧道结磁电阻（TMR）【关键词】磁电阻亥姆霍兹线圈【正文】一、实验原理材料的磁电阻和其在磁场中的磁化方向有关，即磁阻值是其磁化方向与电流方向之间夹角的函数。外加磁场方向与电流方向的夹角不同，饱和磁化时电阻率不一样，通常取外磁场方向与电流方向平行和垂直两种情况测量AMR。即有：∆ρ∥＝ρ∥-ρ（０）∆ρ⊥＝ρ⊥-ρ（０）若退磁状态下磁畴是各向同性分布的，畴壁散射变化对磁电阻的贡献较小，将之忽略，通常取：对于大多数材料ρ∥>ρ（0）故AMR定义为：如果ρ0≠ρav，则说明该样品在退磁状态下有磁畴结构，即磁畴分布非完全各项同性。图（1

3、）是曾用作磁盘读出磁头和磁场传感器材料的Ni81Fe19的磁电阻曲线，很明显ρ∥>ρ（０），ρ⊥<ρ（０），各向异性明显。图中的双峰是材料的磁滞引起的。图2是一些铁磁金属与合金薄膜的各向异性磁电阻曲线。二、实验仪器亥姆霍兹线圈、大功率恒流电源、大功率扫描电源、精密恒流源、数字万用表三、实验注意事项1、亥姆霍兹线圈中通的电流比较大，因而不能长时间让线圈工作在强电流下，以免烧毁线圈。2、实验结束时要将各个电源归零，关闭数字万用表。3、在记录过程中，在样品电压变化缓慢的区域，线圈电流可以变化的快一些，在样品电压变化快的区域，线圈电流要缓慢变化。四、实验数据处理实验中记录的实

4、验数据见附录。磁场与样品电流平行的情况：样品电流保持5mA不变，将得到的电压转换成电阻与线圈电流的关系如下图（磁场与电流垂直情况处理方法类似）：由图可得：R∥(0)=0.614Ω；R∥=0.632Ω；所以：MR∥=R∥-R∥(0)Rρ∥(0)×100%=2.9%2、磁场与样品电流垂直的情况如下图：由图可得：R⊥(0)=0.6344Ω；R⊥=0.6264Ω；所以：MR⊥=R⊥-R⊥(0)R⊥(0)×100%=-1.26%Rav=1/3(R∥+2R⊥)=0.6223ΩR(0)=1/2(R∥(0)+R⊥(0))=0.6242ΩAMR=R∥-R⊥R(0)=0.9%五、实验讨论

5、与实验思考题1、讨论①实验误差，本次实验中有很多因素会导致实验有误差，首先温度会影响测量，测量过程中温度是一直变化的，所以会导致测量得到的曲线不对称。另外，磁场是近似认为是均匀场，实际上不是，这也会造成误差。同时在放置样品是与磁场平行或垂直都是目测的，这样也有可能造成测量的结果有误差。2、实验思考题（1）测量AMR后计算出的ρ0和ρav是否相同，如不同说明什么问题？答：从上面计算结果上看ρ0和ρav可以认为是相同的，这表明该样品在退磁状态下磁畴的分布是各向同性的，如果不相同则说明退磁状态下磁畴的分布是各向异性的。（2）按前述步骤手动测量的磁电阻曲线与自动测量出的磁电阻

6、曲线有何异同，为什么？答：手动测量时如实验结果中图示，磁电阻曲线不对称，这主要是由于测量的时间比较长，测量的环境（主要是周围的温度）变化所致，手动测量时测量的周期比较长，环境变化比较大，如果改用自动测量，而且自动测量的周期比较短的话，那么就可以有效的减少环境变化对测量结果的影响，另外，手动测量时有一个好处就是，我们可以在电阻随磁场变化比较大的区域，让线圈电流变化的慢一些，突出这一区域的变化关系，而自动的却很难做到这点。（3）手动测量时如何更好的选择测量电流？答：当流过线圈的电流很大时，线圈发热的厉害，容易烧毁线圈，而磁电阻在磁场比较大时变化比较缓慢，故在手动测量时，我

7、们在电流比较大的区域，电流变化的快一些，在电流比较小时，线圈发热不明显，我们可以慢慢测量，并且这一区域是磁电阻变化比较快的，所以在电流较小时，我们应适当减小线圈电流的变化步长，使得在这一区域测量的点多一些。（4）测量中如何减小热效应对测量的影响？答：①减小测量的周期，测量周期越长，温差越大，对测量的影响就越大，我们可以改用自动测量的方法，这样可以省去读数记数的时间。②采用降温的方法，有一种可行的方法就是用气冷，将样品和线圈置于风扇下，这样可以有效的减小前后温差（5）样品夹具采用的材料有何要求？答：首先要是绝缘材料，另外不能是铁磁或亚铁磁性的材料，最好