文档介绍：各向异性磁电阻测量实验
摘要:本文阐述了各向异性磁电阻的实验原理及测量方法,分别测量了电流方向与磁场方向平行和垂直两种情况下电阻虽磁场的变化,最后对本实验进行了讨论。
关键词:各向异性磁电阻、AMR曲线、磁电阻测量
引言
一般所谓磁电阻是指在一定磁场下材料电阻率改变的现象。1988年,在分子束外延制备的Fe/Cr多层膜中发现MR可达50%。并且在薄膜平面上,磁电阻是各向同性的。人们把这称之为巨磁电阻(简记为GMR),90年代,人们又在Fe/Cu、Fe/Al、Fe/Ag、Fe/Au、Co/Cu、Co/Ag和Co/Au等纳米多层膜中观察到了显著的巨磁电阻效应。
1992年人们又发现在非互溶合金(如Fe、Co与Cu、Ag、Au等在平衡态不能形成合金)颗粒膜如Co-Ag、Co-Cu中存在巨磁电阻效应,在液氮温度可达55%,室温可达到20%,并且有各向同性的特点。19944年,人们又发现Fe/Al2O3/%,室温达18%,之后在其他一些铁磁层/非铁磁层/铁磁层隧道结中亦观察到了大的磁电阻效应,人们将此称为隧道结磁电阻(简记为TMR)。目前MR室温达24%的TMR材料已制成,用TMR材料已制成计算机硬盘读出磁头,其灵敏度比普通MR磁头高10倍,比GMR磁头高数倍。
20世纪90年代后期,人们在掺碱土金属稀土锰氧化物中发现MR可达103%~106%,称之为庞磁电阻(简记为CMR)。目前锰氧化物CMR材料的磁电阻饱和磁场较高,降低其饱满和场是将之推向应用的重要研究课题。
利用磁电阻效应可以制成计算机硬盘读出磁头;可以制成磁随机存储器(MRAM);还可测量位移、角度、速度、转速等。
实验目的
初步了解磁性合金的AMR。
初步掌握室温磁电阻的测量方法。
实验原理
一些磁性金属和合金的AMR与技术磁化相对应,即与从退磁状态到趋于磁饱和的过程相应的电阻变化。外加磁场方向与电流方向的夹角不同,饱和磁化时电阻率不一样,即有各向异性。通常取外磁场方向与电流方向平行和垂直两种情况测量AMR。即有Δρ∥=ρ∥-ρ(0)及Δρ⊥=ρ⊥-ρ(0)。若退磁状态下磁畴是各向同性分布的,畴壁散射变化对磁电阻的贡献较小,将之忽略,则ρ(0)与平均值ρav=1/3(ρ∥+2ρ⊥)相等。大多数材料ρ∥>ρ(0),故计算公式为

AMR常定义为

如果ρ0≠ρav,则说明该样品在退磁状态下有磁畴织构,即磁畴分布非完全各向同性。如下图一是曾用作磁盘读出磁头和磁场传感器材料的Ni81Fe19的磁电阻曲线,很明显,,各向异性明显。
如下图二一些铁磁金属与合金薄膜的各向异性磁电阻曲线
实验仪器
亥姆霍兹线圈、电磁铁、特斯拉计、毫特斯拉计、大功率恒流电源、大功率扫描电源、精密恒流源、数字微伏表、四探针样品夹具。
实验过程
将样品切成窄条,这在测AMR时是必须的,实际上实验室提供的是Ni-Fe合金的样品,已经放置在四探针夹具上。
接通实验仪器,预热15分钟。用恒流源给样品提供电流,电流设置为6mA。
用大功率扫描电压给亥姆霍兹线圈加电流,产生磁场。
将装好样品的夹具固定在亥姆霍兹线圈中心,并确保电流方向与磁场方向平行。
将扫描电流设为6A,然后慢慢地减小电流值,直到-6A,在此过程中记录电流值和对应的电压值,记