《磁阻效应》PPT课件

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1、磁阻效应大学物理实验MagnetoresistiveEffect一、概述（一）、磁阻概念：材料的电阻会因外加磁场而增加或减少，电阻的变化量称为磁阻(Magnetoresistan-ce)。物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。磁阻效应是1857年由英国物理学家威廉·汤姆森发现的。它在金属中可以忽略，在半导体中则可能由小到中等。从一般磁阻开始，磁阻发展经历了巨磁阻（GMR）、庞磁阻（CMR）、穿隧磁阻（TMR）、直冲磁阻（BMR）和异常磁阻（EMR）。（二）、磁阻应用：目前，磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘

2、)等领域。磁阻器件的特点：灵敏度高、抗干扰能力强。在众多的磁阻器件中，锑化铟（InSb）传感器最为典型，它是一种价格低廉、灵敏度高的磁阻器件，在生产生活应用广泛。（三）、磁阻分类：若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般情况下，纵向磁感强度不引起载流子偏移，因此一般不考虑纵向磁阻效应。2007年诺贝尔物理学奖授予来自法国国家科学研究中心的物理学家艾尔伯·费尔和来自德国尤利希研究中心的物理学家皮特·克鲁伯格，以表彰他们发现巨磁阻效应的贡献。*巨磁阻效应（附加材料）所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁

3、阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。上下两层为铁磁材料，中间夹层是非铁磁材料。巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研制硬磁盘的数据读出头（ReadHead）。这使得存储单字节数据所需的磁性材料尺寸大为减小，从而使得磁盘的存储能力得到大幅度的提高。第一个商业化数据读取探头是由IBM公司于1997年投放市场的，到目前为止，巨磁阻技术已经成为全世界几乎所有电脑、数码相机、MP3播放器的标准技术。二、

4、实验目的1、了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法。2、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。3、学习用磁阻传感器测量磁场的方法。三、实验原理如图1所示，当导电体处于磁场中时（电流方向与磁场方向垂直），导电体内的载流子将在洛仑兹力的作用发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，则小于此速度的电子将沿霍尔电场作用的方向偏转，而大于此速度的电子则沿相反方向偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，即沿电场方向的电流密度减小，电阻增大，也就是由于磁场的存在，增加了电阻，此现象称为磁阻效应。如果将图1中UH短路，磁阻效应更明

5、显。电子受力分析：重力（竖直向下）、电场力1（外加电压产生）、电场力2（霍尔效应产生）、洛伦茨力（带电粒子在磁场中运动产生，左手法则）。左手法则：伸出左手，四指并拢，大拇指与四指指向垂直，让磁感应线穿过手心，四指指向电流方向，大拇指所指方向为受力方向。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ(0)表示。其中ρ(0)为零磁场时的电阻率，ρ(B)为在磁场强度为B时的电阻率，则Δρ=ρ(B)－ρ(0)。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R(0)正比于Δρ/ρ(0)，这里ΔR=R(B)－R(0)，R(0)、R(B)分别为磁场强度为0和B下磁阻传感器的电阻阻值。因此也可以用磁阻传感器

6、电阻的相对改变量ΔR/R(0)来表示磁阻效应的大小。测量磁电阻电阻值R与磁感应强度B的关系实验装置及线路如图2所示。尽管不同的磁阻装置有不同的灵敏度，但其电阻的相对变化率ΔR/R(0)与外磁场的关系都是相似的。实验证明，磁阻效应对外加磁场的极性不灵敏，就是同强度正负磁场的磁阻效应相同。一般情况下外加磁场较弱时，电阻相对变化率ΔR/R(0)正比于磁场强度B的二次方；随磁场强度的加强，ΔR/R(0)与磁场强度B呈线性函数关系；当外加磁场超过特定值时，ΔR/R(0)与磁场强度B的响应会趋于饱和。另外，ΔR/R(0)对总磁场的方向很灵敏，总磁场为外磁场与内磁场之和，而内磁场与磁阻薄膜的性质和几何形

7、状有关。四、实验仪器介绍实验采用DH4510磁阻效应综合实验仪，研究锑化铟（InSb）磁阻传感器的磁阻特性，DH4510磁阻效应综合实验仪由信号源和测试架两部分组成。图3为该仪器示意图。图4为该仪器线路连接图。五、实验内容1、在锑化铟磁阻传感器工作电流保持不变的条件下，测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的关系。作ΔR/R(0)与B的关系曲线，并进行曲线拟合。2、用磁阻传感器测量一个未知的磁场强度，与毫特计测得的磁场强