文档介绍：巨磁阻效应实验报告材料
巨磁阻效应实验报告材料
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基础物理实验研究性实验报告
巨磁电阻效应及其应用
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目录
摘要1
1. 基本原理1
2. 实验仪器2
实验仪主机2
基本特性组件模块3
电流测量组件3
角位移测量组件3
磁读写组件4
3. 实验内容4

（数字）传感器的磁电转换特性曲线测量5
用 GMR模拟传感器测量电流6

磁记录与读出7
4. 注意事项8
5. 数据处理8
GMR 模拟传感器的磁电转换特性测量8
公式推导8
模拟传感器的磁电转换特性数据处理9
GMR 磁阻特性测量10
GMR 开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线测量11
用 GMR模拟传感器测量电流11
GMR 梯度传感器的特性及应用12
磁记录与读出13
6. 误差分析13
7. 结果讨论14
8. 实验总结14
[ 参考文献 ]15
附录15
巨磁阻效应实验报告材料
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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，总结
基本原理
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= l/S 中，把电阻率视为常数，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，铜原子的直径约为），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。
无外磁场时顶层磁场方向
顶层铁磁膜
中间导电层
底层铁磁膜
无外磁场时底层磁场方向
图 1 多层膜 GMR结构图
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
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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。
实验仪器
实验所用仪器与主要组件简介如下：
实验仪主机
如图为巨磁阻实验仪系统的实验仪前面板图。
包括：
（ 1）输入部分
电流表部分：