巨磁电阻效应简述及其应用.pdfVIP

维普资讯 第 27卷 第 2期 《新疆师范大学学报》(自然科学版) Vo1．27，No．2 2008年 6月 JournalofXi~iangNormalUniversity Jun．2008 (NaturalSciencesEdition) 巨磁电阻效应简述及其应用 韩振华， 张 建， 刘楚湘 (新疆师范大学 数理信息学院，新疆 乌鲁木齐 830054) 摘 要：巨磁电阻效应是近年来磁电阻领域的一项重要的发现，发展了将近二十多年。许多新型的磁电子器件因此应运 而生 ，并对产业和经济产生了巨大的影响。文章简单介绍 了巨磁 电阻效应 的发展和基本原理 ，并重点介绍 了巨磁 电阻效应在四个 方面的主要应用 。 关键 司：磁电阻效应；巨磁电阻效应；高密度硬盘；薄膜感应式读出磁头}随机存储器；巨磁电阻传感器 中图分类号： O441．4 文献标识码： A 文章编号： 1008—9659(2008)02—0071—05 电子既是 电荷的负载体，同时又是 自旋的负载体 。以研究、控制和应用半导体种数 目不等的电子和空穴 (即多数载流子和少数载流子)的输运特性 ，为主要内容 的微电子学是二十世纪人类最伟大 的创造之一。众 所周知，在这里 自旋状态是不予考虑的，电子的输运过程仅利用它的核电性 由电场来控制 。人类是否可以利 用 电子的 自旋来操纵他 的输运过程?回答是肯定 的，它正是磁学研究的必威体育精装版前沿——磁电子学所要研究的 主要内容 。 1 理论介绍 对于铁磁金属输运特性受磁场影响的现象，人们早在一百多年前就做过相当仔细的观测。Thomson于 1857年，发现 了铁磁多晶体 的各项异性磁电阻效应 。我们知道在铁磁金属 中，由于交换劈裂 ，费米面处 自旋 向上与 自旋 向下的电子态密度不等，因而 自旋 向上 电子载流子的数 目与 自旋向下 电子载流子的数 目是不等 的，故在电场的推动下，铁磁金属中的传导 电子流必定是 自旋极化 的。此外 ，也正是由于铁磁金属在 费米面 处 ，自旋向上与 自旋 向下的电子态密度不等，它们对不 同自旋取向的电子的散射也不一样。从 自旋极化和 自 旋相关的散射的有关讨论，似乎可 以期望磁场能够改变 自旋向上和 自旋向下的电子平均 自由程 ，从而改变铁 磁金属的输运特性 。然而 ，在铁磁金属 中，电子所感受到的首先是强大的交换场，它是普通外加 S磁场的成 百上千，磁场的作用通常不过是改变铁磁体磁畴内的磁化方 向。即使如此，1964年 Reed和Tawcett发现退 火消除应力后的高纯铁单晶的晶，须在低温4．2K时，加饱和磁化外磁场 (1kOe)的电阻率是不加外磁场时 的十倍 。这一巨大的磁电阻效应 ，乃是 由于在不加外磁场时，铁单晶的晶须分为许多磁畴，各磁畴 内的磁化 方向无序分布将使系统的能量最低，这是对 电子存在较强的畴壁散射，自旋波散射以及由于磁晶各项异性能 的散射 (各磁畴内的磁化方 向不 同)等 ，在晶须饱和磁化后，这些散射都大大减小 。尽管铁单晶晶须的磁电阻 效应很大 ，但 由于其大规模生产 困难失去难以开发应用 。不过 ，铁磁晶数和合金多晶体的各项异性磁电阻效 应，即磁场方 向(也就是磁化方向)平行与 电流方 向的电阻率 p∥与磁场方 向垂直与电流方 向的电阻率 p上发 * [收稿 日期]2007一O5—21 [作者简介]韩振华(198O一)，男，新疆伊宁人，硕士，助教，主要从事无线技术和无线通信等方面的教学与研究。 维普资讯 72 新疆师范大学学报 (自然科学版) 2008正 生变化 的效应 ，在 目前阶段已处在广泛应用的阶段 。 众所周知 ，磁场可以使许多金属的电阻发生改变，只不过变化率很小 ，一般不超过 2％一3％，这种 由磁 场引起电阻