巨磁电阻效应是什么？巨磁电阻效应的结构分析与应用

【蜂耘网  电子电工】本文研究主要通过介绍巨磁电阻效应，首先进行详细设计说明巨磁电阻效应和层结构，其次我们介绍巨磁电阻效应的应用，具体可以结合小编了解一下。

巨磁电阻效应是什么？

巨磁电阻效应是指材料的电阻率在没有外部磁场作用时发生明显变化的现象。通常定义为GMR==。其中（H）是指在磁场H中，材料的电阻率（0）是指在没有外部磁场的情况下材料的电阻率。外部磁场引起的某些磁性材料（称为巨磁阻效应）电阻的大幅度变化是磁电子学的一个重要组成部分。室温下具有巨磁电阻网络效应的巨磁电阻进行材料研究目前有很多种。例如:多层磁流变材料、粒状磁流变材料、氧化物磁流变材料、隧道结磁流变材料等。

巨磁电阻效应与层结构分析

磁电阻效应是指导体或半导体在磁场作用下电阻值发生变化的征兆，巨磁电阻效应是1988年彼得格林伯格（Peter  Gr nberg）和埃尔伯费尔（Albert  Fert）分别独立发现的，共同获得了2007年诺贝尔物理学奖。研究结果表明，在磁性纳米多层膜（如Fe/Cr和Co/Cu）中，铁磁性层由纳米级结构厚度的非磁性金属材料进行分隔。在某些条件下，电阻率大大降低，通常比磁性金属和合金的电阻率大10倍左右。这被称为“巨磁阻效应”。

巨磁阻效应模型可以用一个量子力学来解释，在这个模型中，每个企业的电子信息都可以自旋，而电子的散射速率取决于自旋方向和磁性纳米材料的磁化方向。磁性材料的自旋方向和磁化方向相同，电子散射率低，通过磁层的电子多，阻抗低。相反，如果自旋方向与磁性材料的磁化方向相反，则电子散射率高，因此，如果通过磁层的电子较少，则会出现高阻抗。

基于巨磁电阻进行网络经济效应的传感器主要由学生一个企业三层体系结构重要组成：“参考层”（Reference  Layer或Pinned  Layer）、“一般层”（Normal  Layer）和“自由层”（Free  Layer）。参考层具有固定的磁化方向，与外部磁场的方向无关。普通层是非磁性纳米材料进行薄膜层，分离两层磁性复合材料薄膜层。自由层磁场侧随外部平行磁场方向的变化而变化。

巨磁电阻效应的应用介绍

巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研制用于硬磁盘的体积小而灵敏的数据读出头（Read Head）。这使得存储单字节数据所需的磁性材料尺寸大为减少，从而使得磁盘的存储能力得到大幅度的提高。第一个商业化生产的数据读取探头是由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。

在Grünberg最初的工作中他和他领导的小组只是研究了由铁、铬（Chromium）、铁三层材料组成的样品，实验结果显示电阻下降了1.5%。而Fert及其同事则研究了由铁和铬组成的多层材料样品，使得电阻下降了50%。

阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔所发现的巨磁阻效应造就了计算机硬盘存储密度提高50倍的奇迹。单以读出磁头为例，1994年，IBM公司研制成功了巨磁阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度提高了17倍。1995年，宣布制成每平方英寸3Gb硬盘面密度所用的读出头，创下了世界记录。硬盘的容量从4GB提升到了600GB或更高。

目前，采用SPIN-VALVE材料研制的新一代硬盘读出磁头，已经把存储密度提高到560亿位/平方英寸，该类型磁头已占领磁头市场的90%～95%。随着低电阻高信号的TMR的获得，存储密度达到了1000亿位/平方英寸。

2007年9月13日，全球最大的硬盘厂商希捷科技（seagate Technology）在北京宣布，其旗下被全球最多数字视频录像机（DVR）及家庭媒体中心采用的第四代DB35系列硬盘，现已达到1TB（1000GB）容量，足以收录多达200小时的高清电视内容。正是依靠巨磁阻材料，才使得存储密度在最近几年内每年的增长速度达到3～4倍。由于磁头是由多层不同材料薄膜构成的结构，因而只要在巨磁阻效应依然起作用的尺度范围内，未来将能够进一步缩小硬盘体积，提高硬盘容量。

除读出磁头外，巨磁阻效应同样可应用于测量位移、角度等传感器中，可广泛地应用于数控机床、汽车导航、非接触开关和旋转编码器中，与光电等传感器相比，具有功耗小、可靠性高、体积小、能工作于恶劣的工作条件等优点。目前，我国国内也已具备了巨磁阻基础研究和器件研制的良好基础。中国科学院物理研究所及北京大学等高校在巨磁阻多层膜、巨磁阻颗粒膜及巨磁阻氧化物方面都有深入的研究。中国科学院计算技术研究所在磁膜随机存储器、薄膜磁头、MIG磁头的研制方面成果显着。北京科技大学在原子和纳米尺度上对低维材料的微结构表征的研究及对大磁矩膜的研究均有较高水平。

今天，移动硬盘、MP3播放器等磁盘驱动设备随处可见，每天我们都可以将这些小巧精致的科技产品放在衣袋中随身携带，随时享受它们给我们带来的便利和快乐，然而为了这一时刻的到来，伟大的公司与伟大的科学家一起，都付出了难以计算的智慧和辛劳。巨磁电阻效应的发现，让硬盘的体积不断缩小，容量却不断变大。

（蜂耘电子电工网 责任编辑：杰基）