实 验 报 告 物 理 与 电 子 系 物 理 升 华 专 业 1201 班 姓 名 张 涛 学 号 1003120505 指 导 老 师 徐 富 新 实 验 时 间 2014 年 5 月 25 日 ， 第 十 三 周 ， 星 期 日 实 验 名 称 巨磁电阻效应及其应用 【目的要求】 1、 了解GMR效应的原理 2、 测量GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线 3、 测量GMR的磁阻特性曲线 4、 用GMR传感器测量电流 5、 用GMR梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GMR转速（速度）传感器的原理 【原理 简述】 根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律 R=l/S中，把电阻率视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm），可以忽略边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。 电子除携带电荷外，还具 有自旋 特性，自旋 磁矩 有平行 或 反 平行 于外磁场两种可能 取 向。早 在1936年 ，英 国 物 理学 家 ，诺 贝 尔 奖 获 得 者 N.F.Mott指 出 ，在过渡 金 属 中，自旋 磁矩 与材料的磁场方向平行 的电子，所 受 散射几率远小于自旋 磁矩 与材料的磁场方向反 平行 的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。 在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。 无外磁场时顶层磁场方向 顶层铁磁膜 中间导电层 底层铁磁膜 无外磁场时底层磁场方向 图2 多层膜GMR 结构图 图3是图2结构的某种GMR材料的磁阻特性。由图可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小，其间有一段线性区域。当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不再减小，进入磁饱和区域。磁阻变化率 ΔR/R...
