各向异性磁电阻巨磁电阻测量Word格式.docx
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的磁电阻曲线,很明显
,
,各向异性明显。
图中双峰是材料的磁滞引起的。
图10.1-4是一些铁磁金属与合金薄膜的各向异性磁电阻曲线。
2.多层膜的巨磁电阻(GMR)
巨磁电阻效应首次在Fe/Cr多层膜中发现,其室温下的MR约11.3%,4.2K时约为42.7%;
Co/Cu多层膜室温MR可达60%~80%,远大于AMR,故称为巨磁电阻。
这种巨磁电阻的特点是:
(1)数值比AMR大得多。
(2)基本上为各向同性。
图中高场部分的双线分别对应于
,其差值为AMR的贡献。
该多层膜在300K和4.2K下分别为0.35%和2.1%。
约为其GMR的二十分之一。
(3)多层膜磁电阻按传统定义
是负值,恒小于100%;
常采用另一定义
,用此定义数值为正,且可大于100%。
(4)中子衍射直接证实,前述多层膜相邻铁磁层的磁化为反铁磁排列,来源于层间的反铁磁耦合。
无外磁场时,各层
反平行排列,电阻最大;
加外磁场后,各层
平行排列,电阻最小。
如图10.1-6所示。
(5)多种磁性材料多层膜都有GMR,但并不是所有多层膜都有大的磁电阻,有的很小,甚至只观察到AMR。
图10.1-5为这种多层膜的磁电阻曲线。
图10.1-7是
多层膜的磁电阻曲线。
3.掺碱土金属稀土锰氧化物的庞磁电阻(CMR)
图10.1-8是
薄膜样品的电阻率、磁电阻随温度变化关系。
该样品的
到目前为止,对
,在x=0.2~0.5范围内都观测到CMR和铁磁性。
这种CMR的特点为:
(1)数值远大于多层膜的GMR;
(2)各向同性;
(3)负磁电阻性,即磁场增大,电阻率降低;
(4)CMR总是出现在居里温度附近
,随温度升高或降低,都会很快降低;
(5)目前只有少部分材料的居里点高于室温;
(6)观察这类材料CMR的外加磁场比较高,一般需Tesla量级。
图10.1-9是一种掺银的La-Ca-Mn-O样品的室温磁电阻曲线。
三.实验内容
1.实验仪器
亥姆霍兹线圈,电磁铁,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
2.实验步骤
(1)将样品垂直于磁场方向摆放;
(2)打开电源,将精密恒流源调至6mA,给样品通过恒定电流;
(3)将大功率恒流电源输出电流调至6.00A,使电磁铁产生磁场;
(4)逐步单向调整大功率恒流电源输出电流至-6.00A,在此过程中注意找极值点,随时调整电流变化步长,记录调整过程中稳定的电流值和相应的微伏表的电压值;
(5)反向调整大功率恒流电源输出电流由-6.00A至6.00A,同上记录数据;
(6)将样品平行于磁场方向放置,重复(3)~(5),记录数据;
(7)将所有恒流源输出调至零,关闭电源。
四.实验结果与分析
1.数据记录
(1)当样品电流与外磁场相互垂直时,记录数据如下表:
输出电流6A——-6A:
U/mv
5.775
5.776
5.777
5.780
5.783
5.787
5.791
5.794
5.796
5.797
I/A
6
5.50
5.15
4.54
3.58
2.98
2.54
2.31
2.06
1.89
5.798
5.800
5.803
5.805
5.807
5.810
5.815
5.817
5.820
5.826
1.82
1.70
1.48
1.35
1.17
0.94
0.61
0.52
0.38
0.13
5.830
5.835
5.838
5.842
5.843
5.845
5.847
5.852
5.857
5.860
0.03
-0.15
-0.22
-0.32
-0.34
-0.38
-0.4
-0.49
-0.55
-0.60
5.863
5.871
5.877
5.883
5.872
5.814
5.811
-0.63
-0.74
-0.79
-0.82
-0.87
-0.95
-1.07
-2.08
-3.09
-4.02
5.809
5.808
-4.86
-5.27
-6.12
对应U-I曲线:
输出电流-6A—6A
5.813
5.816
5.825
5.828
5.834
5.839
5.844
5.848
-6
-5.23
-4.73
-4.58
-3.33
-2.70
-1.66
-1.16
-0.81
-0.51
5.856
5.865
5.874
5.880
5.886
5.893
5.898
5.906
-0.43
-0.23
-0.05
0.12
0.33
0.46
0.55
0.66
0.72
0.82
5.853
5.840
5.837
5.833
5.829
0.91
0.95
1.23
2.04
2.53
3.04
3.51
4.04
5.10
5.92
6.10
对应U-I曲线:
将两图合并到同一图中有:
(2)当样品电流与外磁场相互平行时,记录数据如下表:
输出电流6A——-6A:
6.121
6.116
6.111
6.103
6.089
6.070
6.057
6.034
6.021
6.004
6.04
4.74
3.87
3.00
1.00
0.58
0.07
-0.14
5.999
5.993
5.985
5.977
5.972
5.966
5.960
5.956
5.950
5.961
-0.40
-0.46
-0.53
-0.59
-0.62
-0.68
-0.72
6.014
6.035
6.048
6.073
6.086
6.096
6.117
6.127
6.132
6.134
-0.89
-0.96
-1.06
-1.46
-1.82
-2.21
-3.65
-4.79
-5.75
-6.16
6.136
6.135
6.129
6.120
6.108
6.058
6.045
6.040
6.030
-6.06
-5.63
-4.50
-1.14
-0.27
-0.04
0.04
0.19
6.026
6.018
6.006
5.996
5.986
5.967
0.25
0.36
0.47
0.56
0.63
0.69
0.73
0.76
0.80
0.84
6.028
6.085
6.110
6.126
6.130
6.138
1.59
2.57
3.01
3.90
4.60
5.18
5.93
6.01
合并到同一图中有:
2.数据分析
计算:
当扫描电源电流按照6A—-6A—6A变化,不论电流方向与磁场方向垂直还是平行,图像都会出现双峰,且峰值没有与零点重合,这是由于材料的磁滞现象引起的。
由于电流I保持不变,为6mA,电压V的变化亦为电阻R的变化。
对于给定的合金材料,在测量中,忽略温度导致的线度改变,可以认为电阻率变化的比值与电阻变化的比值相等同。
因此R-H曲线亦可用U-I曲线表示。
电流与磁场垂直时,峰值为样品完全退磁时的电阻,即
,对应
;
电阻随磁场变化趋于的稳定值为样品的垂直磁电阻,即
对两个峰值和四个稳定值分别求平均,可得:
电流与磁场平行时,谷值为样品完全退磁时的电阻,即
电阻随磁场变化趋于的饱和值为样品的平行磁电阻,即
对两个谷值和四个饱和值分别求平均,可得:
分析:
(1)由以上数据,易得
可见,
并不相等,这说明样品在退磁状态下有磁畴织构,即磁畴分布并非完全各向同性。
(2)由图,显然随着测量时间的推移,测得的磁电阻曲线有明显向高电阻方向移动的趋势。
这是由于样品通电后会产生焦耳热,随着时间的推移,样品温度逐渐升高,电阻率变大,热效应不再可以忽略,以至当一个测量周期完成时,电阻率增幅可高达到1%左右,而实验最终的AMR也不过才3.3%,可见测量时间越长,由热效应引起的误差越大越不可忽略。
(3)试验并没有直接测量没有外磁场时样品的电阻,这是由于样品此前已
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