磁阻效應
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- 發布時間：2014/7/28 17:14:35
- 作者：AnyWay中國
一、磁阻效應的定義
磁阻效應(Magnetoresistance Effect, MR)是指材料之電阻隨著外加磁場的變化而改變的效應。衡量磁阻（Magnetoresistance ，縮寫為MR）的物理量定義為外加磁場后的電阻變化率，即：在有無外加磁場下的電阻之差除以無外加磁場時的電阻。
磁阻效應明顯的材料稱為磁阻材料，最典型的磁阻材料是銻化銦（InSb）。
二、磁阻效應的原理
當半導體受到與電流方向垂直的磁場作用時，載流子會同時受到洛倫茲力與霍爾電場力，由于半導體中載流子的速度有所不同，假設速度為V0的載流子受到的洛倫茲力及霍爾電場力相互抵消，那么，這些載流子的運動方向不會偏轉，而速度低于V0或高于V0的載流子的運動方向將發生偏轉，導致沿電流方向的速度分量減小，電流變小，電阻增大。這種現象就是磁阻效應。
三、磁阻效應的發現
磁阻效應由威廉?湯姆遜（William Thomson）于1857年發現。由于在一般材料中，磁阻效應（電阻的變化）通常小于5%，這樣的效應后來被稱為“常磁阻”(ordinary magnetoresistance, OMR)。
四、磁阻效應的分類
1、常磁阻效應(ORDINARY MAGNETORESISTANCE Effect, OMR)
對所有非磁性金屬而言，由于在磁場中受到洛倫茲力的影響，部分載流子在行進中發生偏轉，使得路徑變成沿曲線前進，如此將使載流子行進路徑長度增加，使載流子碰撞機率增大，進而增加材料的電阻。
2、巨磁阻效應(GIANT MAGNETORESISTANCE Effect, GMR)
巨磁阻效應存在于鐵磁性(如：Fe, Co, Ni)/非鐵磁性(如：Cr, Cu, Ag, Au)的多層膜系統，由于非磁性層的磁交換作用會改變磁性層的傳導電子行為，使得電子產生程度不同的磁散射而造成較大的電阻，其電阻變化較常磁阻大上許多，故被稱為“巨磁阻”。
2007年諾貝爾物理學獎授予來自法國國家科學研究中心的物理學家艾爾伯?費爾和來自德國尤利希研究中心的物理學家皮特?克魯伯格，以表彰他們發現巨磁阻效應的貢獻。
3、超巨磁阻效應(COLOSSAL MAGNETORESISTANCE Effect, CMR)
超巨磁阻效應存在于具有鈣鈦礦(Perovskite)ABO3的陶瓷氧化物中。其磁阻變化隨著外加磁場變化而有數個數量級的變化。其產生的機制與巨磁阻效應(GMR)不同，而且往往大上許多，所以被稱為“超巨磁阻”。
4、異向性磁阻效應(ANISOTROPIC MAGNETORESISTANCE Effect, AMR)
有些材料中磁阻的變化，與磁場和電流間夾角有關，稱為異向性磁阻效應。
5、穿隧磁阻效應(TUNNEL MAGNETORESISTANCE Effect, TMR)
穿隧磁阻效應是指在鐵磁-絕緣體薄膜(約1納米)-鐵磁材料中，其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對方向變化的效應。穿隧磁阻效應首先于1975年由Michel Julliere在鐵磁材料(Fe)與絕緣體材料(Ge)發現；室溫穿隧磁阻效應則于1995年，由Terunobu Miyazaki與Moodera分別發現。穿隧磁阻效應是磁性隨機存取內存(magnetic random access memory, MRAM)與硬盤中的磁性讀寫頭(read sensors)的科學基礎。
五、磁阻效應的應用
目前，磁阻效應廣泛用于磁傳感、磁力計、電子羅盤、位置和角度傳感器、車輛探測、GPS導航、儀器儀表、磁存儲(磁卡、硬盤)等領域。
磁阻器件由于靈敏度高、抗干擾能力強等優點在工業、交通、儀器儀表、醫療器械、探礦等領域得到廣泛應用，如數字式羅盤、交通車輛檢測、導航系統、偽鈔檢別、位置測量等。
巨磁阻效應自從被發現以來就被用于開發研制用于硬磁盤的數據讀取探頭（Read Head）。使得存儲單字節數據所需的磁性材料尺寸大為減少，從而使得磁盤的存儲能力得到大幅度的提高。第一個商業化生產的數據讀取探頭由IBM公司于1997年投放市場，到目前為止，巨磁阻技術已經成為全世界幾乎所有電腦、數碼相機、MP3播放器的標準技術。
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