各向异性磁内阻检测实验摘要：简述各向异性磁阻值的实验原理和检测方法，分别检测电压方向平行和垂直于磁场方向时内阻和磁场的变化，最后讨论这个实验。 关键词：各向异性内阻，AMR曲线，内阻检测 前言 通常所谓的内阻是指在一定的磁场作用下，材料的内电阻率发生变化的现象。 1988年发现分子束外延法制备的Fe/Cr多层膜MR可达50%。 并且在薄膜平面上，磁内阻是各向同性的。 人们称这种巨磁电机内阻（简称GMR）。 在纳米级多层薄膜中观察到明显的巨磁阻效应。 1992年发现Co-Ag等非混相合金（如Fe、Co与Cu、Ag、Au等不能生成平衡态合金）存在巨大内阻效应和钴铜。 可达55%，温度可达20%，具有各向同性特性。 1994年发现Fe/Al2O3/Fe结在4.2K时MR为30%，温度达到18%，进而产生较大的磁电机内阻效应，称为隧道结磁电机内阻（简称作为TMR）。 目前，已生产出MR温度为24%的TMR材料，并已用TMR材料制作计算机硬盘读出盘片。 灵敏度比普通MR盘高10倍，比GMR盘高数倍。
20世纪90年代后期，人们发现掺杂碱土金属的稀土锰氧化物的MR可达103%~106%，称为巨磁内阻（简称CMR）。 目前，氧化锰CMR材料的磁内阻饱和磁场较高，提高其细度和磁场是促进其应用的重要研究课题。 借助磁内阻效应，可制成电脑硬盘读出盘； 可制成磁性随机存取存储器（MRAM）； 可以检测位移、角度、速度、转速等。实验的目的是初步掌握温度磁内阻的检测方法。 实验原理 一些磁性金属和合金的AMR对应于技术磁化强度，即从退磁状态到磁饱和的过各向异性。 一般外磁场的方向与电压方向平行和垂直即可检测AMR。 即Apav=l/3(p〃+2p(0)，所以AMR的估计公式常被定义为-若pav，则表示样品在退磁状态下具有磁畴织构，即磁畴分布并非完全各向异性各向同性，如右图1所示，读出盘和c盘磁场传感材料的磁内阻曲线非常显着），各向异性显着。 -300-200-0-300-200-0A/(Oe)H(Oe)NiFe薄膜磁阻曲线(a)电压方向平行于磁场方向(b)电压方向垂直于磁场方向24.05]24.0023,85' 23,80-23.75-23.70-23.65，如右图2所示，部分铁磁金属及合金薄膜的各向异性磁内阻曲线—100—100—/(Oe)部分铁磁金属及合金薄膜的AMR曲线，虚线和实线分别代表纵向和横向磁内阻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、数字微电压表，四探针样品夹具。
在实验过程中，样品被分成窄条，这在测量 AMR 时是必需的。 事实上，实验室提供的样品是镍铁合金样品，已经放在四探针夹具上。 打开实验设备并预热 15 分钟。 使用恒流源为样品提供电压，电压设置为6mA。 将扫描电压设置为6A，然后逐渐降低电压值，直到达到-6A。 在此过程中，记录电压值和对应的电流值，记录约30组数据。 然后将电压从-6A降到6A，记录30组数字。 注意调节旋钮要尽量平稳，但不能反方向旋转。 在极值点附近，需要减小步长，测量多组数据。 检测过程应尽可能快，以免样品温度下降影响实验结果。 将样品旋转 90 度，使电压方向垂直于磁场方向。 重复步骤 (5)。 0.985 实验数据及讨论 垂直于1.0050.980 的电压和磁场 从图4可以看出，在磁场从饱和到退磁再到反饱和的过程中，内阻值不断变化。 图中的双峰是由滞后引起的。 由于内阻×内阻，电流×内阻，我们可以通过取电流值来估算AMR。 取两个峰值U=6.=6.015mV，四个饱和值U=5.898mV，U=5.911mV，U=5.909mV，U=5.919mV。 估计不是这样电阻的测量实验报告结论，说明电压和磁场的倾角不是90°。 这样做的原因是在没有滞后的情况下，双峰应该在 H=0 处重叠。 现在双峰出现偏差，取平均值作为P，实验数据中电压为0时对应的值无意义。
图1 电压垂直于磁场时的磁内阻曲线 1.000-6-4-2 电压平行于磁场 1.0401.0151.0101.005-8-6-4-2 扫描电压 A) 图2同图1 内阻发生变化，但有双峰。 U=6.059mV，四个饱和值U=6.205mV，U=6.222mV，U=6.221mV，U=6.227mV。 估计p=6.0575，P〃=6.21875。 可以看出两个P并不相等，这可能是长时间通电引起的，改变了样品的体温。 在下面的估算中，我们可以得到P=(6.0575+6.0105)/2=6.034，p=6.012可以看作是Pop，说明样品在退磁状态下具有定义的磁畴，中学增加了0.021mV，而图2增加了0.022mV，最终实验测得的AMR仅为5.13%。 这是由温度变化引起的。 在考虑任何磁效应时，我们都不能忽视温度的影响。 在这个实验中，我们使用了一个灯丝状样品并对其施加了电压。 实验过程中，由于样品的内阻效应，样品会不断形成焦耳热。 随着时间的推移，样品的温度会逐渐下降，导致合金样品中晶格的热运动增加，对电子的自旋产生散射效应。 随着不断改进，内阻率变大。 可见，热效应引起的偏差不容忽视，时间越长，热效应的影响越显着。
实验中我们做第二组的时间更长电阻的测量实验报告结论，所以上升幅度稍微大一些。 这个实验事实与我们的分析是一致的。 (4) 在理想情况下，双峰或双谷应该是关于原点对称的，但在本实验中，当电压平行于磁场时，双峰和双谷在磁内阻曲线上有明显的偏斜在图2中，这意味着它可能是由样品的滞后回线不对称引起的，也可能是由仪器的系统偏差引起的。 还有球形磁场的影响，仪器的漏磁效应也会有一定的影响。 思考问题和？ 住处都一样吗？ 如果不是，它们说明了什么问题？ 答：P0av的估计值不相等，说明样品在退磁状态下具有磁畴结构，即磁畴分布。 ？ 答：自动检测的偏差比较大，人工检测的偏差比较小，因为实验中没有人工检测，很难得到实验图片。 实验偏差造成的情况可以看出，人工检测的图形波动并不那么显着。 非零自动检测和手动检测时如何更好地选择流过样品的电压大小？ 答：选择的电压取决于样品的状况和检测仪器的准确度。 电压值不宜过大，否则会引起样品发热而引起实验偏差，电压值也不宜过小，否则检测困难。 不方便。 本实验选用的电压值为6mA。 检测时如何降低热效应对检测的影响？ 答：1、实验过程不宜过长，电压过久会产生热效应。 调整磁场电压的值不宜过大，最好不要超过6A。
磁场电压过大会增加检测环对样品夹具所用材料有什么要求？ 答：1、对于样品夹具，内部接触电阻对实验有影响。 因此，对于夹具的材料，内阻值应该比较小，以尽量减少内接触电阻对实验的影响。 夹具与样品的接触面积应较小，但必须接触良好。 2、材料不应具有铁磁性，其性质在磁场作用下不会发生变化。 实验研究我们知道，借助磁内阻效应可以做成电脑硬盘读盘，所以我们要找最大的AMR。 AMR饱和场小，磁场灵敏度高，所以虽然巨磁内阻（GMR）Ta(x)/(100nm)/Ta(3nm磁膜，但可以发现基板水温影响很大对AMR值 基材水温对薄膜的各向异性内阻和饱和场有显着影响，场相反，基材水温为400C时制备的薄膜具有较大的各向异性内阻比和较低的磁化饱和场，样品的AMR值达到最大值4.23%，远小于我们实验中使用的材料。据报道，真空度和工作压力对AMR值也有影响3. 在高背景真空和低工作压力下制备的薄膜具有较大的各向异性磁内阻，参考文献1，黄润生等，现代化学实验（第二版）。 北京大学出版社20102，赵宏辰#各向异性磁性内阻薄膜的工艺及微观结构研究《功能材料》20033，何建芳基板水温对薄膜结构和各向异性磁性内阻的影响《磁性材料与器件》
