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巨磁阻效应及其在自旋电子学方面的应用
郭瑞瑞 SA08002033 物理系
所谓磁电阻(oresistance ,MR) 效应,是指某些铁磁性材料在受到外加磁场作用时引起电阻变化的现象。对于传统的铁磁导体,如Fe 、Co 、Ni 及其合金等,在大多数情况下,磁电阻效应很小(约3% 或更低)。而巨磁阻效应(giant oresistance ,GMR) ,是指在磁性材料和非磁性材料相间的多层膜中,电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象. 其值较Fe 、Ni 合金各向异性磁电阻效应约大一个数量级。巨磁阻效应现在已经成为凝聚态物理五大热点之一,[1]。
son 在1857年首先发现了铁磁多晶体的各项异性磁效应(AMR, Anisotrop ic oresistance)。1988 年,法国巴黎大学的菲特教授领导的课题组和德国尤利希研究中心的格林伯格教授的课题组几乎同时独立发现了巨磁电阻效应(GMR) [2] [3] 。20世纪90年代,人们在Fe/Cu,Fe/Al,Co/Cu,Co/Ag和Co/Au等纳米结构的多层膜中观察到了显著的巨磁阻效应。1993年,德国西门子公司的Helmolt等人在La2/3Ba1/3MnO3薄膜中观察到了60%的巨磁电阻效应,随后在La2/3Ca1/3MnO3 中观察到了105%的巨磁阻效应。,8 T 时GMR达到了创纪录的106%。近来在许多其他物理系统中也发现了更大的磁电阻效应及有关的物理现象, 颗粒膜磁电阻效应、隧道磁电阻效应( Tunneling oresistance , TMR) 以及锰钙钛
矿化合物的庞磁电阻效应( Colossal ore resistance ,CMR) 相继被发现或取得重大的进展。
最近20年来,在新现象、新材料和器件、新技术应用等方面都出现了若干突破性的进
展,并形成新的学科:磁电子学。随着微电子、光电子技术的迅速发展和工艺成熟,、微弱磁场测量、各类运动的检测等领域有着宽广的应用,从而成为国际上引人瞩目的研究领域. 磁电阻传感器以其特有的优点,广泛应用在磁场测量、数据存储、汽车电子和工业控制的各个领域。而作为巨磁阻电阻效应的最新应用,自旋电子器件将带来许多新的发展。
在半导体工业迅速发展的今天,人们发现现在几乎所有的电子产品都只利用了电子的电荷来传输能量和信息。作为电子内禀性质的自旋, 除了材料磁性和简单的能级简并外, 几乎被完全忽略。这使人们在探索未来半导体工业发展时有了新的契机和可能的研究方向。
自旋电子学旨在利用电子自旋而非传统的电子电荷为基础, : 50%电子自旋向上, 50%电子自旋向下. 换句话说, (GMR)的发现, 标志着一个新时代的开始。
通常金属都有磁阻效应,当磁场加到金属样品上时, 因为洛伦兹力的作用或霍尔效应会改变电流的运动方向, 从而