Конвертеры и калькуляторы
Магнитосопротивление: Измерение, типы и применение
Введение
Магнитосопротивление- это изменение электрического сопротивления материала в ответ на приложенное магнитное поле. Это свойство является основополагающим в различных технологических приложениях, включая магнитные датчики, устройства хранения данных и автомобильные системы.
Типы магнитосопротивления
Обычное магнитосопротивление
Обычное магнитосопротивление возникает в немагнитных материалах и, как правило, является линейным по отношению к приложенному магнитному полю. Оно возникает из-за классического движения носителей заряда в присутствии магнитного поля.
Гигантское магнитосопротивление (GMR)
Гигантское магнитосопротивление наблюдается в многослойных структурах, состоящих из чередующихся ферромагнитных и немагнитных проводящих слоев. GMR произвело революцию в технологии хранения данных, позволив создать жесткие диски высокой плотности.
Колоссальное магнитосопротивление (КМС)
Колоссальное магнитосопротивление характеризуется исключительно большим изменением сопротивления под действием магнитного поля, что часто наблюдается в оксидах марганца. Материалы с КМС перспективны для будущих электронных и спинтронных устройств.
Висмут и его магниторезистивные свойства
Висмут - полуметалл, известный своим значительным магнитосопротивлением. Его уникальная электронная структура и низкая плотность носителей делают его отличным кандидатом для изучения явлений магнитосопротивления и разработки чувствительных магнитных датчиков.
|
Тип |
Описание |
Применение |
|
Обычное магнитосопротивление |
Изменение сопротивления в немагнитных материалах |
|
|
Гигантское магнитосопротивление (GMR) |
Большое изменение сопротивления в многослойных структурах |
Накопители на жестких дисках |
|
Колоссальное магнитосопротивление (CMR) |
Чрезвычайно большое изменение сопротивления в некоторых оксидах |
Спинтронные устройства |
|
Магнитосопротивление на основе висмута |
Значительное изменение сопротивления в висмуте |
Детекторы магнитного поля |
Как измерить магнитосопротивление
Экспериментальная установка
Измерение магнитосопротивления заключается в приложении магнитного поля к материалу и измерении результирующего изменения электрического сопротивления. Для этого обычно требуется источник стабильного магнитного поля, например, сверхпроводящий магнит, и точное электроизмерительное оборудование, например, четырехточечный зонд.
Методы измерения
- Продольное магнитосопротивление: Измеряет сопротивление вдоль направления приложенного магнитного поля.
- Поперечное магнитосопротивление: Измеряет сопротивление перпендикулярно магнитному полю, что позволяет понять эффект Холла в материале.
- Магнитосопротивление в зависимости от угла: Изменяется угол между током и магнитным полем для изучения анизотропных свойств.
Анализ данных
Для анализа магниторезистивного поведения материала часто строят график изменения сопротивления в зависимости от напряженности магнитного поля. Ключевые параметры, такие как коэффициент магнитосопротивления и поле насыщения, извлекаются для характеристики характеристик материала.
|
Техника |
Описание |
Преимущества |
|
Продольное магнитосопротивление |
Измеряет сопротивление вдоль направления магнитного поля |
Простая настройка, прямое измерение |
|
Поперечное магнитосопротивление |
Измеряет сопротивление перпендикулярно полю |
Понимание эффекта Холла |
|
Магнитосопротивление в зависимости от угла |
Изменяется угол между током и магнитным полем |
Изучение анизотропных свойств |
Дополнительную информацию можно найти в Stanford Advanced Materials (SAM).
Области применения магнитосопротивления
Хранение данных
GMR и CMR являются неотъемлемой частью разработки жестких дисков высокой плотности, позволяя увеличить объем памяти за счет более компактных и эффективных головок чтения/записи.
Магниторезистивные датчики
Магниторезистивные датчики используются в различных областях, включая автомобильные системы для определения скорости вращения колес, датчики положения в робототехнике, а также в качестве считывающих головок в магнитных запоминающих устройствах.
Спинтроника
Магнитосопротивление играет важную роль в устройствах спинтроники, которые используют спин электрона в дополнение к его заряду для обработки информации, что обещает более быстрые и эффективные электронные устройства.
Часто задаваемые вопросы
Для чего используется магнетосопротивление? Магнитосопротивление используется, в частности, в устройствах хранения данных, магнитных датчиках, спинтронике.
Чем гигантское магнитосопротивление отличается от обычного магнитосопротивления? Гигантское магнитосопротивление подразумевает гораздо большее изменение сопротивления из-за многослойных структур, в то время как обычное магнитосопротивление возникает в отдельных немагнитных материалах с меньшими изменениями сопротивления.
Почему висмут важен для изучения магнитосопротивления?Висмут обладает уникальными электронными свойствами, такими как низкая плотность носителей и сложная поверхность Ферми, которые приводят к ярко выраженным магниторезистивным эффектам, что делает его ценным как для исследований, так и для приложений.
Какое оборудование необходимо для измерения магнитосопротивления? Для измерения магнетосопротивления необходим источник стабильного магнитного поля, например сверхпроводящий магнит, и точные электрические измерительные приборы, например четырехточечный зонд.
Во всех ли материалах наблюдается магнетосопротивление? Нет, магнитосопротивление обычно наблюдается в материалах с определенными электронными свойствами, такими как высокая подвижность или специфическая полосовая структура, и более выражено в некоторых материалах, таких как висмут, многослойные ферромагниты и оксиды марганца.
Chin Trento
