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.

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.

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.