巨磁電阻結構組成特點_巨磁電阻的使用

巨磁阻效應（GiantMagnetoresistance，縮寫：GMR）是一種量子力學和凝聚體物理學現象，磁阻效應的一種，可以在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層（幾個納米厚）結構中觀察到。2007年諾貝爾物理學獎被授予發現巨磁阻效應（GMR）的彼得·格林貝格和艾爾伯·費爾。巨磁電阻就是電阻值對磁場變化巨敏感的一種電阻材料。

物質在一定磁場下電阻改變的現象，稱為磁阻效應，磁性金屬和合金材料一般都有這種磁電阻現象，通常情況下，物質的電阻率在磁場中僅萌生輕微的減小；在某種條件下，電阻率減小的幅度相當大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10余倍，稱為巨磁阻效應（GMR）；而在很強的磁場中某些絕緣體會猛然變為導體，稱為超巨磁阻效應（CMR）。

如右圖所示，左面和右面的材料結構相同，兩側是磁性材料薄膜層（藍色），中間是非磁性材料薄膜層（橘色）。

左面的結構中，兩層磁性材料的磁化方向相同。

當一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相同的電子通過時，電子較容易通過兩層磁性材料，都呈現小電阻。

當一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相反的電子通過時，電子較難通過兩層磁性材料，都呈現大電阻。這是因為電子的自旋方向與材料的磁化方向相反，萌生散射，通過的電子數減少，從而使得電流減小。

右面的結構中，兩層磁性材料的磁化方向相反。

當一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相同的電子通過時，電子較容易通過，呈現小電阻；但較難通過第二層磁化方向與電子自旋方向相反的磁性材料，呈現大電阻。

當一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相反的電子通過時，電子較難通過，呈現大電阻；但較容易通過第二層磁化方向與電子自旋方向相同的磁性材料，呈現小電阻。

1、巨磁電阻效應來自于載流電子的不同自旋狀態與磁場的作用不同，因而導致電阻值的變化。

2、如圖所示，多層GMR結構中，無外磁場時，上下兩層鐵磁膜的磁矩是反平行耦合的。在足夠強的外磁場作用下，鐵磁膜的磁矩方向都與外磁場方向一致，外磁場使兩層鐵磁膜從反平行耦合變成了平行耦合。

巨磁阻效應在高密度讀出磁頭、磁存儲元件上有著廣泛的使用。隨著技術的發展，當存儲數據的磁區越來越小，存儲數據密度越來越大，這對讀寫磁頭提出更高的要求。巨磁阻物質中電流的增大與減小，可以定義為邏輯信號的0與1，進而實現對磁性存儲裝置的讀取。巨磁阻物質可以將用磁性辦法存儲的數據，以不同大小的電流輸出，并且即使磁場很小，也能輸出足夠的電流變化，以便識別數據，從而大幅度提高了數據存儲的密度。

巨磁阻效應被成功地運用在硬盤加工上。1994年，IBM公司研制成功了巨磁電阻效應的讀出磁頭，將磁盤記錄密度提高了17倍，從而使得磁盤在與光盤的競爭中重新回到領先地位。目前，巨磁阻技術已經成為幾乎所有計算機、數碼相機和Mp3播放器等的標準技術。

利用巨磁電阻物質在不同的磁化狀態下具有不同電阻值的特點，還可以制成磁性隨機存儲器（MRAM），其優勢是在不通電的情況下可以持續保留存儲的數據。

除此之外，巨磁阻效應還使用于微弱磁場檢測器。

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