磁電阻材料

磁電阻材料是具有顯著磁電阻效應(即磁性材料在受到外加磁場作用時引起的電阻變化)的特種磁性材料。已獲得套用的主要有鎳鐵系和鎳鈷系磁性合金，其特點是不論磁場與電流的方向平行還是垂直都會產生磁電阻效應(前者稱縱場效應，後者稱橫場效應)，且低溫磁電阻率(磁場引起的電阻變化與未加磁場時的電阻之比)高於室溫。利用磁電阻效應做成的換能器和感測器裝置簡單，對速度和頻率不敏感。磁電阻材料可用於製作磁記錄讀出磁頭、磁泡讀出器(檢則器)和磁膜存儲器的讀出器等。

基本介紹

• 中文名：磁電阻材料
• 外文名：magneto-resistance material
• 屬於：特種磁性材料
• 特點：低溫磁電阻率高於室溫
• 製作：鎳鐵系和鎳鈷系磁性合金
• 套用：磁頭、磁泡讀出器

磁電阻效應

磁電阻(magnetoresistance，MR)效應是指鐵磁性材料在受到外磁場作用時引起電阻變化的現象。已被研究的磁性材料的磁電阻效應可以大致分為：正常磁電阻、各向異性磁電阻、巨磁電阻及龐磁電阻等。

正常磁電阻(ordinary magnetoresistance，OMR)效應普遍存在於所有磁性和非磁性材料中。由於磁場對電子的洛倫茲力，載流子運動發生偏轉或產生迴旋運動，使電子的散射幾率增加，電阻率增大。OMR在低場下數值一般很小，但在某些非磁性材料如金屬Bi膜中可觀察到較大的OMR效應。

在鐵磁金屬及其合金中，MR效應與磁化有關，是由鐵磁性磁疇在外場作用下各向異性運動造成的。由於電流和磁化方向的相對方向不同而導致的MR效應，稱為各向異性磁電阻(anisotropic magnetoresistance，AMR)效應。室溫下，坡莫合金的AMR可達2.5%。由於AMR具有小的飽和場、相對較大的磁電阻值和高的磁場靈敏度，可套用於讀出磁頭及各類感測器中。

磁電阻效應與正常磁電阻效應的區別

儘管OMR和AMR效應有一定的套用，室溫下數值畢竟很小。而磁電阻器件的輸出信號與MR值成正比關係，因此MR數值比AMR大一個數量級以上的巨磁電阻(giantmagnetoresistance，GMR)效應的發現才真正推動了該領域的發展。巨磁電阻效應是在磁性/非磁性多層膜交疊結構中的一種量子力學效應，當不同鐵磁層的磁矩之間相互平行時，載流子自旋相關的散射截面小，材料表現低阻態；當不同鐵磁層磁矩相互反平行時，載流子自旋相關散射截面大，表現高阻態。

鈣鈦礦錳氧化物，在特定的摻雜條件和一定的溫度範圍內，它的磁電阻遠大於磁性多層膜的GMR，要高3～4個數量級，故稱為龐磁電阻效應。理論上認為CMR鈣鈦礦錳氧化物的磁電阻來源於錳離子導電電子自旋和局域電子自旋問的強烈耦合作用。

龐磁電阻材料

龐磁電阻材料主要是指鈣鈦礦錳氧化物在特定的摻雜條件和一定的溫度範圍內，系統的磁電阻遠大於磁性多層膜的巨磁電阻，高3～4個數量級。鈣鈦礦錳氧化物的龐磁電阻效應與磁性多層膜巨磁電阻材料相比有很大區別，主要特點如下：

(1)龐磁電阻效應發生在鈣鈦礦錳氧化物材料的載流子摻雜的特定濃度區域。

(2)龐磁電阻效應為系統的本徵屬性，無論是單晶、薄膜或陶瓷晶體。

(3)通常在T_e附近，可以得到非常大的負磁電阻效應，一般情況下，最大的磁電阻值隨系統的T_e增加而降低。因此，錳氧化物系統的室溫磁電阻不很高。

(4)磁電阻大多呈現各向同性，與電流和磁場的相對取向無關。

(5)與多層膜巨磁電阻效應相比，錳氧化物龐磁電阻材料的驅動磁場很大。但錳氧化物的龐磁電阻效應可以彌補該方面的不足。

磁電阻材料的套用

磁電阻材料的主要套用包括巨磁電阻感測器、巨磁電阻硬碟讀出磁頭、巨磁電阻隨機存儲器、磁場感測器、場效應器件以及自旋極化粒子注入器件等。