巨磁阻效应实验讲义.doc

巨磁阻效应实验
人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态。后来发现很多的过渡金属和稀土金属的化合物具有反铁磁(或亚铁磁)有序状态，相关理论指出这些状态源于铁磁性原子磁矩之间的直接交换作用和间接交换作用。量子力学出现后，德国科学家海森伯(W.Heisenberg)明确提出铁磁性有序状态源于铁磁性原子磁矩之间的量子力学交换作用，这个交换作用是短程的，称为直接交换作用。化合物中的氧离子(或其他非金属离子)作为中介，将最近的磁性原子的磁矩耦合起来，这是间接交换作用。直接交换作用的特征长度为0.1—0.3nm，间接交换作用可以长达1nm以上。1nm已经是实验室中人工微结构材料可以实现的尺度，所以1970年之后，科学家就探索人工微结构中的磁性交换作用。
物质在一定HYPERLINK"http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A3%81%E5%9C%BA"\o"磁场"磁场下HYPERLINK"http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%94%B5%E9%98%BB"\o"电阻"电阻改变的现象，称为“HYPERLINK"http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A3%81%E9%98%BB%E6%95%88%E5%BA%94"\o"磁阻效应"磁阻效应”，磁性HYPERLINK"http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%87%91%E5%B1%9E"\o"金属"金属和HYPERLINK"http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%90%88%E9%87%91"\o"合金"合金材料一般都有这种HYPERLINK"http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A3%81%E9%98%BB%E6%95%88%E6%87%89"\o"磁阻效应"磁电阻现象，通常情况下，物质的HYPERLINK"http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%94%B5%E9%98%BB%E7%8E%87"\o"电阻率"电阻率在磁场中仅产生轻微的减小；在某种条件下，电阻率减小的幅度相当大，比通常磁性金属与合金材料的磁电阻值约高10余倍，称为“巨磁阻效应”（GMR）；而在很强的磁场中某些HYPERLINK"http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B5%95%E7%B7%A3%E9%AB%94"\o"绝缘体"绝缘体会突然变为HYPERLINK"http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B0%8E%E9%AB%94"\o"导体"导体，称为“HYPERLINK"http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E5%B7%A8%E7%A3%81%E9%98%BB%E6%95%88%E5%BA%94"\o"超巨磁阻效应"超巨磁阻效应”（CMR）。巨磁阻效应是一种HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/2785.htm"\t"_blank"量子力学和HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/689757.htm"\t"_blank"凝聚态物理学现象，是HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/99217.htm"\t"_blank"磁阻效应的一种，可以在HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/141115.htm"\t"_blank"磁性材料和非磁性材料相间的薄膜层（几个HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1714.htm"\t"_blank"纳米厚）结构中观察到。这种结构物质的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/3571.htm"\t"_blank"电阻值与HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/512624.htm"\t"_blank"铁磁性材料薄膜层的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/201619.htm"\t"_blank"磁化方向有关，两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值，明显大于磁化方向相同时的电阻值，电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量。
1986年德国尤利希科研中心的物理学家彼得·格伦贝格尔(PeterGrunberg)采用分子束外延(MBE)方法制备了铁-铬-铁三层单晶结构薄膜。在薄膜的两层纳米级铁层之间夹有厚度为0.8nm