五、实验数据及处理

1.GMR模拟传感器的磁电转换特性测量

实验数据及由公式B = μ0nI算得的磁感应强度如下表所示：（n=24000匝/m）

以B为横坐标，输出电压U为纵坐标，作图得：

误差分析：

（1）在实验操作中，用恒流源调节励磁电流时距离要调到的值总会有部分偏差，其范围在正负0.2mA以内，反应在图像上就是最低处的输出都在y轴上，实际上应当是分别分布在y轴左右两侧的；

（2）用恒流源调节励磁电流时，为保证调到需要调到的励磁电流的精确度，会有很小幅度的回调，可能因磁滞现象造成影响；

（3）使用Excel表格处理数据的过程中可能会有精度损失；

2. GMR的磁阻特性曲线的测量

根据实验数据由公式B = μ0nI算得的磁感应强度，由R=U/I算得的电阻

如下表所示：（磁阻两端电压U=4V）

作图如下：

误差分析：

（1）在实验操作中，用恒流源调节励磁电流时距离要调到的值总会有部分偏差，其范围在正负0.2mA以内，反应在图像上就是最高处的输出都在y轴上，实际上应当是分别分布在y轴左右两侧的；

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篇二：巨磁电阻效应及其应用

巨磁电阻效应及其应用

一、实验目的

1. 了解GMR效应的原理。

2. 测量GMR的磁阻特性曲线。

3. 了解GMR模拟传感器的结构、特点，采用GMR传感器测量电流。

二、实验仪器

巨磁阻实验测试仪基本特性组件电流测量组件

三、实验原理

1 GMR效应的原理

根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律 R=ρl/S中，把电阻率ρ视为常数，与材料的几何尺度无关，这是忽略了边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。

电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年，就有理论指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。

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篇三：巨磁电阻效应及应用实验

巨磁电阻效应及其应用

20##年诺贝尔物理学奖授予了巨磁电阻( Giant magneto resistance,简称GMR)效应的发现者：法国物理学家阿尔贝·费尔(Albert Fert)和德国物理学家彼得·格伦贝格尔( Peter Grunberg )。诺贝尔奖委员会说明：“这是一次好奇心导致的发现，但其随后的应用却是革命性的，因为它使计算机硬盘的容量从几百、几千兆，一跃而提高几百倍，达到几百G乃至上千G。”

凝聚态物理研究原子，分子在构成物质时的微观结构，它们之间的相互作用力，及其与宏观物理性质之间的联系。

人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态。量子力学出现后，德国科学家海森伯(W. Heisenberg，1932年诺贝尔奖得主)明确提出铁磁性有序状态源于铁磁性原子磁矩之间的量子力学交换作用，这个交换作用是短程的，称为直接交换作用。

图 1 反铁磁有序

后来发现很多的过渡金属和稀土金属的化合物具有反铁磁有序状态，即在有序排列的磁材料中，相邻原子因受负的交换作用，自旋为反平行排列，如图 1所示。则磁矩虽处于有序状态，但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。这种磁有序状态称为反铁磁性。法国科学家奈尔(L. E. F. Neel)因为系统地研究反铁磁性而获1970年诺贝尔奖。在解释反铁磁性时认为，化合物中的氧离子(或其他非金属离子)作为中介，将最近的磁性原子的磁矩耦合起来，这是间接交换作用。另外，在稀土金属中也出现了磁有序，其中原子的固有磁矩来自4f电子壳层。相邻稀土原子的距离远大于4f电子壳层直径，所以稀土金属中的传导电子担当了中介，将相邻的稀土原子磁矩耦合起来，这就是RKKY型间接交换作用。

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篇四：巨磁电阻效应及其应用数据处理

巨磁电阻效应及其应用数据处理

利用Excel处理数据 GMR磁阻特性测量数据表

R=U/I1 B = µ0nI .

电阻特性曲线(R-B)

思考题(1):什么是巨磁电阻效应?巨磁电阻结构组成有何特点?

答: ①巨磁电阻效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同,因而导致电阻值的变化. ②如图所示,多层GMR结构中,无外磁场时,上下两层铁磁膜的磁矩是反平行耦合的.在足够强的外磁场作用下,铁磁膜的磁矩方向都与外磁场方向一致,外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合.

思考题(2):试分析不同磁偏置影响电流测量灵敏度的原因是什么?

答:通过对比25mv U-I图与120mv U-I图的电流测量灵敏度(120mv灵敏度高于25mv),结合做实验时的实际操作(120mv时永磁体小于25mv时永磁体与线圈间距),于是大胆猜测不同磁偏置影响电流测量灵敏度的其中一个重要原因是永磁体与线圈间距不同.

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篇五：巨磁电阻效应及应用实验内容与操作

巨磁电阻效应及应用 实验内容与操作

一、GMR模拟传感器的磁电转换特性测量

在将GMR构成传感器时，为了消除温度变化等环境因素对输出的影响，一般采用桥式结构，图10是某型号传感器的结构。

对于电桥结构，如果4个GMR电阻对磁场的响应完全同步，就不会有信号输出。图10中，将处在电桥对角位置的两个电阻R₃、R₄覆盖一层高导磁率的材料如坡莫合金，以屏蔽外磁场对它们的影响，而R₁、R₂阻值随外磁场改变。设无外磁场时4个GMR电阻的阻值均为R，R₁、R₂在外磁场作用下电阻减小ΔR，简单分析表明，输出电压：

U_OUT= U_INΔR/（2R-ΔR）（2）

屏蔽层同时设计为磁通聚集器，它的高导磁率将磁力线聚集在R₁、R₂电阻所在的空间,进一步提高了R₁、R₂的磁灵敏度。

从图10的几何结构还可见，巨磁电阻被光刻成微米宽度迂回状的电阻条，以增大其电阻至kΩ数量级，使其在较小工作电流下得到合适的电压输出。

图11是某GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线。图12是磁电转换特性的测量原理图。

图12 模拟传感器磁电转换特性实验原理图

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篇六：实验42 巨磁电阻效应及其应用

实验42 巨磁电阻效应及其应用

人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态。量子力学出现后，德国科学家海森伯(W. Heisenberg) 于明确提出铁磁性有序状态源铁磁性原子磁矩之间的量子力学交换作用，这个交换作用是短程的，称为直接交换作用。后来发现很多的过渡金属和稀土金属的化合物具有反铁磁(或亚铁磁)有序状态，化合物中的氧离子(或其他非金属离子)作为中介，将最近的磁性原子的磁矩耦合起来，这是间接交换作用。直接交换作用的特征长度为0.1—0.3nm，间接交换作用可以长达1nm以上。1nm已经是实验室中人工微结构材料可以实现的尺度，所以1970年之后，科学家就探索人工微结构中的磁性交换作用。

1986年德国尤利希科研中心的物理学家彼得·格伦贝格尔( Peter Grunberg )采用分子束外延(MBE)方法制备了铁-铬-铁三层单晶结构薄膜。在薄膜的两层纳米级铁层之间夹有厚度为0.8nm的铬层，实验中逐步减小薄膜上的外磁场，直到取消外磁场，发现膜两边的两个铁磁层磁矩从彼此平行(较强磁场下)转变为反平行(弱磁场下)。换言之，对于非铁磁层铬的某个特定厚度，没有外磁场时，两边铁磁层磁矩是反平行的，这个新现象成为巨磁电阻( Giant magneto resistance，简称GMR)效应出现的前提。格伦贝格尔接下来发现，两个磁矩反平行时对应高电阻状态，平行时对应低电阻状态，两个电阻的差别高达10%。

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篇七：巨磁电阻效应及其应用

巨磁电阻效应及其应用 20xx年7月27日来源:《国际电子变压器》20xx年7月刊作者：

余声明

1 前言

磁性金属和合金一般都有磁电阻效应，所谓磁电阻是指在一定磁场下电阻发生改变的现象。所谓巨磁阻就是指在一定的磁场下电阻急剧变化而比常规磁电阻要大一个数量级以上的效应，是近十多年来发现的一种新现象。

在过去十多年中，已经发现了三种技术上可行的磁电阻：“巨磁电阻”（Giant Magneto-Resistive，GMR）、“超巨磁电阻”（Colossal Magneto-Resistance，CMR）和“穿隧磁电阻”（Tunneling Magneto-Resistive，TMR）。它们都具有三层结构：上下两层为磁性层引发电子自旋、产生磁场的层级；中间为非磁性层，其功能是产生变化的电阻。不同类型的磁电阻的非磁性层所使用的材料有所不同：GMR使用的是金属铜，CMR使用的是稀土锰氧化物，TMR则是使用氧化铝。

本文只就GMR效应、器件与应用作一论述。

2 巨磁电阻效应

19xx年德国的Grunberg和C.F.Majkrgak等人发现了Y/Gd、Y/Dy和Fe/Cr/Fe多层膜中的层间耦合现象。19xx年法国的M.N.Baibich等人首次在纳米级的Fe/Cr多层膜中发现

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