巨磁阻效应实验报告.docx

---------------------------------作者:_____________-----------------------------日期::_____________巨磁阻效应实验报告基础物理实验研究性实验报告巨磁电阻效应及其应用目录摘要 (数字)传感器的磁电转换特性曲线测量 (数字)传感器的磁电转换特性曲线测量 14[参考文献] 15附录 15摘要本文的主要内容包括对GMR模拟传感器的磁电转换特性、GMR磁阻特性、GMR开关(数字)传感器的磁电转换特性的测量及探究,对运用GMR模拟传感器测量电流的探究,对GMR梯度传感器的特性探究及应用,以及磁记录与磁读出的原理与过程。通过具体实验数据处理,进一步理解实验的原理及步骤,并作出相应的误差分析与结果讨论。最后,对本次实验进行总结并表达感想。关键词:GMR,传感器,实验,数据处理,,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=rl/S中,把电阻率r视为常数,与材料的几何尺度无关,这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程(例如铜中电子的平均自由程约34nm),可以忽略边界效应。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,),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。实验证明,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。下图所示的多层膜结构中,无外磁场时,上下两层磁性材料是反平行(反铁磁)耦合的。施加足够强的外磁场后,两层铁磁膜的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。有两类与自旋相关的散射对巨磁电阻效应有贡献:其一,界面上的散射。无外磁场时,上下两层铁磁膜的磁场方向相反,无论电子的初始自旋状态如何,从一层铁磁膜进入另一层铁磁膜时都面临状态改变(平行-反平行,或反平行-平行),电子在界面上的散射几率很大,对应于高电阻状态。有外磁场时,上下两层铁磁膜的磁场方向一致,电子在界面上的散射几率很小,对应于低电阻状态。其二,铁磁膜内的散射。即使电流方向平行于膜面,由于无规散射,电子也有一定的几率在上下两层铁磁膜之间穿行。无外磁场时,上下两层铁磁膜的磁场方向相反,无论电子的初始自旋状态如何,在穿行过程中都会经历散射几率小(平行)和散射几率大(反平行)两种过程,两类自旋电流的并联电阻相似两个中等阻值的电阻的并联,对应于高电阻状态。有外磁场时,上下两层铁磁膜的磁场方向一致,自旋平行的电子散射几率小,自旋反平行的电子散射几率大,两类自旋电流的并联电阻相似一个小电阻与一个大电阻的并联,对应于低电阻状态。:。包括:(1)输入部分电流表部分:可做为一个独立的电流表使用。两个档位:2mA档和200mA档,可通过电流量程切换开关选择合适的电流档位测量电流。电压表部分:可做为一个独立的电压表使用。两个档位:2V档和200mV档,可通过电压量程切换开关选择合适的电压档位。(2)输出部分恒流源部分:可变恒流源,对外提供电流恒压源部分:提供GMR传感器工作所需的4V电源和运算放大器工作所需的±8V电源。、螺线管线圈、输入输出插孔组成,用以对GMR的磁电转换特性,磁阻特