第7章3磁致电阻材料.pptVIP

7.3 磁电阻材料 7.3.1 磁致电阻效应 正常MR效应和反常MR效应 区分磁(致)电阻与磁阻 磁致电阻效应的新发展 7.3.2 金属超晶格的GMR效应 金属超晶格GMR效应的条件 GMR多层膜的自旋配置 Fe/Cr多层膜的GMR效应 金属超晶格GMR效应的特征 过渡金属能级劈裂交换理论 二流体模型 二流体模型内容为： 铁磁金属中，导电的s电子要受到磁性原子磁矩的散射作用（即与局域的d电子作用），散射的几率取决于导电的s电子自旋方向与固体中磁性原子磁矩方向的相对取向。自旋方向与磁矩方向一致的电子受到的散射作用很弱，自旋方向与磁矩方向相反的电子则受到强烈的散射作用，而传导电子受到散射作用的强弱直接影响到材料电阻的大小。 电子的体散射 电子的界面散射 磁性金属超晶格的制备方法 7.3.3 自旋阀的GMR效应 自旋阀结构和原理 自旋阀的种类 7.3.4 颗粒膜GMR效应 7.3.5 隧道结巨磁电阻（Tunnel Magnetoresistance,TMR） Fe/Al2O3/Fe隧道结的磁电阻曲线 7.3.6 掺杂稀土锰氧化物CMR(庞磁电阻-Colossal Magnetoresiatance)效应 磁场诱发反铁磁-铁磁转变 磁场诱发结构相变 7.3.7 磁电阻效应的应用 磁电阻随机存储器 MRAM示例 应用于传感器 各种传感器一览 CMR的伟大意义 CMR的伟大意义 * * 本节主要讲述下面几个方面内容： 7.3.1 磁电阻效应 7.3.2 金属超晶格的GMR效应 7.3.3 自旋阀的GMR效应 7.3.4 颗粒膜GMR效应 7.3.5 隧道型TMR效应 7.3.6 掺杂稀土锰氧化物CMR效应 7.3.7 磁电阻效应的应用 磁致电阻效应的大小由MR比表示，定义磁电阻系数为： 在外磁场作用下材料的电阻发生变化的现象称为磁电阻(Magnetoresistance,MR)效应。 或 温度为T，磁场为H时的电阻/电阻率 温度为T，磁场为0时的电阻/电阻率 正常MR效应 反常MR效应是具有自发磁化强度的铁磁体所特有的现象，其起因认为是自旋-轨道的相互作用或s-d相互作用引起的与磁化强度有关的电阻率变化，以及畴壁引起的电阻率变化。 反常MR效应 根据MR效应的的起源机制，材料的磁电阻特性可分为两类：正常磁电阻效应和反常磁电阻效应 存在于所有磁性和非磁性材料中，它是由于载流子在磁场中运动时受到Lorentz力的作用，产生回旋运动，从而增加了电子受散射的几率，使电阻率上升，它与电子的自旋基本无关 磁致电阻，是指导体电阻受磁场影响而变化的现象。 磁阻，reluctance，定义为： ，其中 Ni为磁动势，Φ为磁通量 Rm与导磁系数成反比，是形式上与欧姆定律中的电阻相似的磁路定律中的一个参量。 金属的MR比通常比较小，一般不超过2%~3% 1988年在Fe、Cr交替沉积的多层膜中发现了超过50%的MR比，即巨磁电阻效应(GMR)，目前具有GMR效应的材料主要有：多层膜、自旋阀、颗粒膜、非连续多层膜、氧化物超巨磁电阻薄膜等。 1993年又在钙钛矿结构的稀土锰氧化物中观测到了庞磁电阻(CMR)效应， ?=?R/R可达103～106 最近又发现了隧道结磁电阻(TMR)效应，引起世人的极大关注。 H H H=0 在铁磁性导体/非磁性导体超晶格中，构成反平行自旋结构；相邻磁层磁矩的相对取向能够在外磁场作用下发生改变。 金属超晶格的周期（每一重复层的厚度）应比载流电子的平均自由程短 ? 自旋取向不同的两种电子（向上和向下），在磁性原子上的散射差别必须很大 Cu中电子的平均自由程为34nm左右，而Cu等非磁性层的厚度为几纳米 铁磁性层 非磁性隔离层 铁磁性层 非磁性隔离层 铁磁性层 非磁性隔离层 铁磁性层 Ms 铁磁性层 非磁性隔离层 铁磁性层 非磁性隔离层 铁磁性层 非磁性隔离层 铁磁性层 非磁性隔离层 铁磁性层 Ms 铁磁性层 非磁性隔离层 铁磁性层：Fe，Co，Ni及这些元素构成的合金 非磁性导体层：Cu，Ag，Au，Cr等金属 ? 电阻变化率大； ? 负效应：随磁场的增强，电阻只是减小而不是增加； ? 电阻变化与磁化强度-磁场间所成的角度无关； ? GMR效应对于非磁性导体隔离层的厚度十分敏感； ? 具有积层数效应； 该理论主要是用来解释非整数磁矩问题 由于交换作用，对磁矩有贡献的d电子的能带产生劈裂，自旋向上的d电子能带降低到费米能级以下