巨磁电阻材料性质和应用研究现状.pptVIP

非连续多层膜、氧化物陶瓷、熔淬薄带、块体合金 * * 在普通非磁金属中电子的自旋是简并的，自旋向上和自旋向下的电子数目相等，费米面附近的电子态密度也是一致的。 选自都有为 由于这两个次能带在费米面的态密度不相等，导致对电子散射的不同.从而产生磁电阻效应 * 从图中可以看到，变化曲线在t=9nm, 1.9nm, 3nm处存在明显的峰值。研究发现这是由于磁性层之间的交换耦合作用随着非磁层厚度变化产生从反铁磁到铁磁的周期性的振荡变化而引起的。其振荡周期一般为1nm左右。这其中反铁磁耦合作用使在无外加磁场下相邻铁磁层的磁矩倾向于反平行排列。而铁磁耦合作用则使相邻铁磁层磁矩倾向于平行排列。 * 研究发现 ，在磁性多层膜中出现GMR效应必须满足两个关键条件 ：①相邻磁层中磁矩的相对取向通过某种方式发生变化；②各单层厚度必须小于多层膜中电子的平均自由程若干倍。 * 将图移正，解释见参考本 * 1992年Berkowltz和X等人分别报导了COCu合金颗粒膜在低温下的GMR效应，随后在其它的颗粒膜(如FeAg、CoAg等)中也观察到GMR效应。 巨磁电阻效应主要来自电子在颗粒界面的自旋相关散射。最大的电阻值出现在矫顽力处，此时磁化强度为零;而最小的电阻值出现在饱和磁场处。经过唯象理论处理得到〔Co一Cu颗粒膜的GMR效应与(M/MS)2成正比。 * 颗粒膜与多层膜有不少相似之处，二者均属于二相或多相复合的非均匀体系，所不同的是纳米微粒在颗粒膜中呈混乱的统计分布，而多层膜中相分离具有 人工周期结构。巨磁电阻效应主要来自电子在颗粒界面的自旋相关散射。最大的电阻值出现在矫顽力处，此时磁化强度为零;而最小的电阻值出现在饱和磁场处。经过唯象理论处理得到〔Co一Cu颗粒膜的GMR效应与(M/MS)2成正比。 * 参考GMR 先增大后减小的主要原因为: 薄膜在退火过 程中，加快了 FeCo 和 Ag 相的分离，逐渐形成许多 细小的 FeCo 磁性颗粒，使得 Ag 和 FeCo 的界面更 清晰，对电子的自旋相关散射增强，从而提高了薄 膜巨磁电阻效应。当退火温度大于等于 250 ℃时， 大量固溶于 Ag 中的 FeCo 磁性颗粒从中析出并不 断长大聚集导致表面积的减小，降低 GMR 效应 * 参考GMR 先增大后减小的主要原因为: 薄膜在退火过 程中，加快了 FeCo 和 Ag 相的分离，逐渐形成许多 细小的 FeCo 磁性颗粒，使得 Ag 和 FeCo 的界面更 清晰，对电子的自旋相关散射增强，从而提高了薄 膜巨磁电阻效应。当退火温度大于等于 250 ℃时， 大量固溶于 Ag 中的 FeCo 磁性颗粒从中析出并不 断长大聚集导致表面积的减小，降低 GMR 效应 * 如果两铁磁电极的磁化方向平行，一个电极中多数自旋子带的电子将进入另一个电极中的多数自旋子带的空位，同时少数自旋子带的电子将进入另一个电极的少数自旋子带的空态，但如果两电极的磁化方向反平行，则一个电极中的多数子带的电子与另一个电极的少数自旋子带的电子自旋方向平行，这样在隧道电导过程中一个电极中多数自旋子带的电子将必须在另一个电极中寻找少数自旋子带的空态，因而其隧道电导与两电极磁化反向平行时有所差别。 * * TMR效应的定性解释是: 在隧道结中, 磁场克服两铁磁层的矫顽力就可使它们的磁化方向转到磁场方向而趋于一致, 这时隧道电阻为最小值; 如将磁场减少至负, 矫顽力小的铁磁层的磁化方向首先反转, 两铁磁层的磁场方向相反, 隧道电阻为极大值。 隧道结中铁磁层磁化平行与反平行时电子隧穿情况示意图 隧道结的优点 TMR效应具有很高的磁场灵敏度 隧道结中两铁磁层间不存在层间耦合，隧道结的饱和磁场很低，只需要一个很小磁场就可以实现两铁磁层从平行到反平行的转变。 隧道结的电阻可调且范围宽 与多层膜巨磁电阻相比，隧道结具有很高的电阻，其电阻可以通过调整绝缘层厚度在很宽的范围内改变，有利于和外电路实现匹配。 进入时间短 隧道巨磁电阻需要的是小电流、低电压信号。 三、巨磁电阻的应用 1、SV-GMR(spin valve)磁头和传感器 2、巨磁电阻随机存取存储器 3、其他方面的应用 SV-GMR磁头和传感器 磁头：硬盘中对盘片进行读写工作的工具 用线圈缠绕在磁芯上制成的磁头 通过感应旋转的盘片上磁场的变化来读取数据；通过改变盘片上的磁场来写入数据 磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触 * 局部磁化单元 载磁体 写线圈 S N I 局部磁化单元 写线圈 S N 铁芯 磁通 磁层 写入“0” 写入“1” I 磁记录原理(写入) * 磁记录原理（读出） N 读线圈 S 读线圈 S N 铁芯 磁通 磁层 运动方向 运动方向 s s t t f f e e 读出 “0” 读出 “1