所謂磁阻效應是指導體或半導體在磁場作用下其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象，巨磁阻效應在1988年由彼得?格林貝格（Peter Grünberg）和艾爾伯?費爾（Albert Fert）分別獨立發(fā)現(xiàn)，他們因此共同獲得2007年諾貝爾物理學獎。研究發(fā)現(xiàn)在磁性多層膜如Fe/Cr和Co/Cu中，鐵磁性層被納米級厚度的非磁性材料分隔開來。在特定條件下，電阻率減小的幅度相當大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10余倍，這一現(xiàn)象稱為“巨磁阻效應”。
 
巨磁阻效應可以用量子力學解釋，每一個電子都能夠自旋，電子的散射率取決于自旋方向和磁性材料的磁化方向。自旋方向和磁性材料磁化方向相同，則電子散射率就低，穿過磁性層的電子就多，從而呈現(xiàn)低阻抗。反之當自旋方向和磁性材料磁化方向相反時，電子散射率高，因而穿過磁性層的電子較少，此時呈現(xiàn)高阻抗。
 
基于巨磁阻效應的傳感器其感應材料主要有三層：即參考層（Reference Layer或Pinned Layer），普通層（Normal Layer）和自由層（Free Layer）。如圖1所示，參考層具有固定磁化方向，其磁化方向不會受到外界磁場方向影響。普通層為非磁性材料薄膜層，將兩層磁性材料薄膜層分隔開。自由層磁場方會隨著外界平行磁場方向的改變而改變。

 
如圖2所示，兩側藍色層代表磁性材料薄膜層，中間橘色層代表非磁性材料薄膜層。綠色箭頭代表磁性材料磁化方向，灰色箭頭代表電子自旋方向，黑色箭頭代表電子散射。左圖表示兩層磁性材料磁化方向相同，當一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相同的電子通過時，電子較容易通過兩層磁性材料，因而呈現(xiàn)低阻抗。而右圖表示兩層磁性材料磁化方向相反，當一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相同的電子通過時，電子較容易通過，但較難通過第二層磁化方向與電子自旋方向相反的磁性材料，因而呈現(xiàn)高阻抗。
 
 
接下來本文針對NVE公司型號為AA005-02的巨磁阻傳感器，對其磁化狀態(tài)與阻態(tài)形式進行介紹。
 
如圖3所示，A為導電的非磁性薄膜層。在沒有外加磁場的狀態(tài)下，反鐵磁耦合的作用使得兩側的B層中的磁矩方向處于相反的狀態(tài)，此時，對流過元件的電流呈現(xiàn)高阻態(tài)。
 
 

如圖4所示，當大于反鐵磁耦合的磁場作用于巨磁阻元件時，自由層磁化方向對齊外部磁場方向，此時，電阻急劇下降，對外呈現(xiàn)低阻態(tài)。電阻下降

  

圖4 低阻態(tài)形式

巨磁阻效應自從被發(fā)現(xiàn)以來就被用于開發(fā)研制用于硬磁盤的體積小而靈敏的數(shù)據(jù)讀出頭（Read Head）。這使得存儲單字節(jié)數(shù)據(jù)所需的磁性材料尺寸大為減少，從而使得磁盤的存儲能力得到大幅度的提高。第一個商業(yè)化生產的數(shù)據(jù)讀取探頭是由IBM公司于1997年投放市場的，到目前為止，巨磁阻技術已經(jīng)成為全世界幾乎所有電腦、數(shù)碼相機、MP3播放器的標準技術。

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