各向異性磁內阻檢測實驗摘要：簡述各向異性磁阻值的實驗原理和檢測方法，分別檢測電壓方向平行和垂直于磁場方向時內阻和磁場的變化，最后討論這個實驗。 關鍵詞：各向異性內阻，AMR曲線，內阻檢測 前言 通常所謂的內阻是指在一定的磁場作用下，材料的內電阻率發生變化的現象。 1988年發現分子束外延法制備的Fe/Cr多層膜MR可達50%。 并且在薄膜平面上，磁內阻是各向同性的。 人們稱這種巨磁電機內阻（簡稱GMR）。 在納米級多層薄膜中觀察到明顯的巨磁阻效應。 1992年發現Co-Ag等非混相合金（如Fe、Co與Cu、Ag、Au等不能生成平衡態合金）存在巨大內阻效應和鈷銅。 可達55%，溫度可達20%，具有各向同性特性。 1994年發現Fe/Al2O3/Fe結在4.2K時MR為30%，溫度達到18%，進而產生較大的磁電機內阻效應，稱為隧道結磁電機內阻（簡稱作為TMR）。 目前，已生產出MR溫度為24%的TMR材料，并已用TMR材料制作計算機硬盤讀出盤片。 靈敏度比普通MR盤高10倍，比GMR盤高數倍。
20世紀90年代后期，人們發現摻雜堿土金屬的稀土錳氧化物的MR可達103%~106%，稱為巨磁內阻（簡稱CMR）。 目前，氧化錳CMR材料的磁內阻飽和磁場較高，提高其細度和磁場是促進其應用的重要研究課題。 借助磁內阻效應，可制成電腦硬盤讀出盤； 可制成磁性隨機存取存儲器（MRAM）； 可以檢測位移、角度、速度、轉速等。實驗的目的是初步掌握溫度磁內阻的檢測方法。 實驗原理 一些磁性金屬和合金的AMR對應于技術磁化強度，即從退磁狀態到磁飽和的過各向異性。 一般外磁場的方向與電壓方向平行和垂直即可檢測AMR。 即Apav=l/3(p〃+2p(0)，所以AMR的估計公式常被定義為-若pav，則表示樣品在退磁狀態下具有磁疇織構，即磁疇分布并非完全各向異性各向同性，如右圖1所示，讀出盤和c盤磁場傳感材料的磁內阻曲線非常顯著），各向異性顯著。 -300-200-0-300-200-0A/(Oe)H(Oe)NiFe薄膜磁阻曲線(a)電壓方向平行于磁場方向(b)電壓方向垂直于磁場方向24.05]24.0023,85' 23,80-23.75-23.70-23.65，如右圖2所示，部分鐵磁金屬及合金薄膜的各向異性磁內阻曲線—100—100—/(Oe)部分鐵磁金屬及合金薄膜的AMR曲線，虛線和實線分別代表縱向和橫向磁內阻實驗儀器亥姆霍茲線圈、電磁鐵、特斯拉計、毫特斯拉計、大功率恒流電源、大功率掃描電源、精密恒流源、數字微電壓表，四探針樣品夾具。
在實驗過程中，樣品被分成窄條，這在測量 AMR 時是必需的。 事實上，實驗室提供的樣品是鎳鐵合金樣品，已經放在四探針夾具上。 打開實驗設備并預熱 15 分鐘。 使用恒流源為樣品提供電壓，電壓設置為6mA。 將掃描電壓設置為6A，然后逐漸降低電壓值，直到達到-6A。 在此過程中，記錄電壓值和對應的電流值，記錄約30組數據。 然后將電壓從-6A降到6A，記錄30組數字。 注意調節旋鈕要盡量平穩，但不能反方向旋轉。 在極值點附近，需要減小步長，測量多組數據。 檢測過程應盡可能快，以免樣品溫度下降影響實驗結果。 將樣品旋轉 90 度，使電壓方向垂直于磁場方向。 重復步驟 (5)。 0.985 實驗數據及討論 垂直于1.0050.980 的電壓和磁場 從圖4可以看出，在磁場從飽和到退磁再到反飽和的過程中，內阻值不斷變化。 圖中的雙峰是由滯后引起的。 由于內阻×內阻，電流×內阻，我們可以通過取電流值來估算AMR。 取兩個峰值U=6.=6.015mV，四個飽和值U=5.898mV，U=5.911mV，U=5.909mV，U=5.919mV。 估計不是這樣電阻的測量實驗報告結論，說明電壓和磁場的傾角不是90°。 這樣做的原因是在沒有滯后的情況下，雙峰應該在 H=0 處重疊。 現在雙峰出現偏差，取平均值作為P，實驗數據中電壓為0時對應的值無意義。
圖1 電壓垂直于磁場時的磁內阻曲線 1.000-6-4-2 電壓平行于磁場 1.0401.0151.0101.005-8-6-4-2 掃描電壓 A) 圖2同圖1 內阻發生變化，但有雙峰。 U=6.059mV，四個飽和值U=6.205mV，U=6.222mV，U=6.221mV，U=6.227mV。 估計p=6.0575，P〃=6.21875。 可以看出兩個P并不相等，這可能是長時間通電引起的，改變了樣品的體溫。 在下面的估算中，我們可以得到P=(6.0575+6.0105)/2=6.034，p=6.012可以看作是Pop，說明樣品在退磁狀態下具有定義的磁疇，中學增加了0.021mV，而圖2增加了0.022mV，最終實驗測得的AMR僅為5.13%。 這是由溫度變化引起的。 在考慮任何磁效應時，我們都不能忽視溫度的影響。 在這個實驗中，我們使用了一個燈絲狀樣品并對其施加了電壓。 實驗過程中，由于樣品的內阻效應，樣品會不斷形成焦耳熱。 隨著時間的推移，樣品的溫度會逐漸下降，導致合金樣品中晶格的熱運動增加，對電子的自旋產生散射效應。 隨著不斷改進，內阻率變大。 可見，熱效應引起的偏差不容忽視，時間越長，熱效應的影響越顯著。
實驗中我們做第二組的時間更長電阻的測量實驗報告結論，所以上升幅度稍微大一些。 這個實驗事實與我們的分析是一致的。 (4) 在理想情況下，雙峰或雙谷應該是關于原點對稱的，但在本實驗中，當電壓平行于磁場時，雙峰和雙谷在磁內阻曲線上有明顯的偏斜在圖2中，這意味著它可能是由樣品的滯后回線不對稱引起的，也可能是由儀器的系統偏差引起的。 還有球形磁場的影響，儀器的漏磁效應也會有一定的影響。 思考問題和？ 住處都一樣嗎？ 如果不是，它們說明了什么問題？ 答：P0av的估計值不相等，說明樣品在退磁狀態下具有磁疇結構，即磁疇分布。 ？ 答：自動檢測的偏差比較大，人工檢測的偏差比較小，因為實驗中沒有人工檢測，很難得到實驗圖片。 實驗偏差造成的情況可以看出，人工檢測的圖形波動并不那么顯著。 非零自動檢測和手動檢測時如何更好地選擇流過樣品的電壓大小？ 答：選擇的電壓取決于樣品的狀況和檢測儀器的準確度。 電壓值不宜過大，否則會引起樣品發熱而引起實驗偏差，電壓值也不宜過小，否則檢測困難。 不方便。 本實驗選用的電壓值為6mA。 檢測時如何降低熱效應對檢測的影響？ 答：1、實驗過程不宜過長，電壓過久會產生熱效應。 調整磁場電壓的值不宜過大，最好不要超過6A。
磁場電壓過大??會增加檢測環對樣品夾具所用材料有什么要求？ 答：1、對于樣品夾具，內部接觸電阻對實驗有影響。 因此，對于夾具的材料，內阻值應該比較小，以盡量減少內接觸電阻對實驗的影響。 夾具與樣品的接觸面積應較小，但必須接觸良好。 2、材料不應具有鐵磁性，其性質在磁場作用下不會發生變化。 實驗研究我們知道，借助磁內阻效應可以做成電腦硬盤讀盤，所以我們要找最大的AMR。 AMR飽和場小，磁場靈敏度高，所以雖然巨磁內阻（GMR）Ta(x)/(100nm)/Ta(3nm磁膜，但可以發現基板水溫影響很大對AMR值 基材水溫對薄膜的各向異性內阻和飽和場有顯著影響，場相反，基材水溫為400C時制備的薄膜具有較大的各向異性內阻比和較低的磁化飽和場，樣品的AMR值達到最大值4.23%，遠小于我們實驗中使用的材料。據報道，真空度和工作壓力對AMR值也有影響3. 在高背景真空和低工作壓力下制備的薄膜具有較大的各向異性磁內阻，參考文獻1，黃潤生等，現代化學實驗（第二版）。 北京大學出版社20102，趙宏辰#各向異性磁性內阻薄膜的工藝及微觀結構研究《功能材料》20033，何建芳基板水溫對薄膜結構和各向異性磁性內阻的影響《磁性材料與器件》
