巨磁阻效应和磁电子学-上海大学.PDFVIP

10.6 巨磁电阻效应和磁电子学 磁电阻：材料的电阻R随外磁场H发生变化的现象 R (H ) −R (0) ∆R R (0) R (0) 磁电阻发展历史：  正常磁电阻(OMR)普遍存在与所有的金属和半导体中，  f qv ×B 源于磁场对电子的洛仑兹力； △R/R(0)0，且各向异性ρ⊥ρ// 0 ，低磁场下△R/R(0)很小，无饱和。 1857年，凯尔文首先发现了铁的磁电阻，称为各向异性磁电阻 AMR ，源于磁畴中电阻率的各向异性； 沿磁场方向磁电阻比△R/R(0)0，而垂直于磁场方向0， 可在低磁场下饱和，饱和值1%~5%。 20世纪70年代，OMR和AMR均用于传感器 90年代，AMR开始用于硬磁盘读出头 材料物理 上海大学 磁电阻发展历史续： 1988年，在金属Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应GMR; △R/R(0)为负值，绝对值比AMR高1~2个数量级。 GMR效应引起科学与技术界的广泛重视。研究 及应用开始迅速发展 。2007年Nobel物理奖!! 尔后: 铁磁颗粒与非铁磁金属组成的 不均匀合金中也观察到GMR；  近年: 两种新的巨大磁电阻效应得到 发展： (1)铁磁/绝缘体/铁磁结构的隧道结巨磁电阻TMR； (2)钙钛矿型锰氧化物系统中的庞磁电阻CMR. 材料物理 上海大学 Nobel prize recognizes GMR pioneers for the discovery of giant magnetoresistance. Independently in 1988, led to a dramatic rise in the amount of data that can be stored on computer hard- disk drives. 感应式薄膜磁头读出硬磁盘上存储的微弱信息。从物理上看，该磁头是 在测量微小磁单元的磁通变化量。为达到必要灵敏度，硬盘必须快速旋 转，磁头在磁盘上只好“走马观花”了。 使用GMR作读出磁头后，它测量的是磁通量，而不是变化量，并不要 求磁盘高速旋转，读出信息的分辨率就大大提高了。 多层膜结构的磁化过程还压制了噪声，从而将磁头的信噪比大幅度提高。 目前，一种自旋阀型多层膜GMR磁头的灵敏度高达每微米0.6至1.0毫伏。 达到每平方英寸100亿位至200亿位密度。 材料物理 上海大学 10.6.2 自旋相关导电 传统导电机制: 电子或离子的电荷转移及其散射, 与电子自旋无关 自旋相关导电：导电依赖于载流子自旋的方向。不同材料具有不同 的自旋相关导电机制。 (1)双电流模型 * 2 正常金属电阻率: ρ m / ne τ (10 −117) 散射的弛豫时间: 2 ~ ~ 1/ ( ) (10 118) τ λ V N E −