各向异性磁电阻测量-南京大学VIP免费

实验10.1各向异性磁电阻测量南京大学物理学院一、实验目的（1）初步了解磁性合金的各向异性磁电阻（AMR）；（2）初步掌握室温磁电阻的测量方法。二、实验原理一些磁性金属和合金的AMR与技术磁化相对应，即与从退磁状态到趋于磁饱和的过程相应的电阻变化。外加磁场方向与电流方向的夹角不同，饱和磁化时电阻率不一样，即有各向异性。通常取外磁场方向与电流方向平行和垂直两种情况测量AMR。即有及。若退磁状态下磁畴是各向同性分布的，畴壁散射变化对磁电阻的贡献较小，将之忽略，则1。对于大多数材料，故AMR常定义为：如果，则说明该样品在退磁状态下有磁畴结构，即磁畴分布非完全各项同性。图1是曾用作磁盘读出磁头和磁场传感器材料的Ni81Fe19的磁电阻曲线，很明显，，各向异性明显。图中的双峰是材料的磁滞引起的。图2是一些铁磁金属与合金薄膜的各向异性磁电阻曲线。2图1Ni81Fe19薄膜的磁电阻曲线图2一些铁磁金属与合金薄膜的AMR曲线，实线和曲线分别表示横向和纵向的磁电阻二、实验仪器亥姆霍兹线圈、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。3四、实验内容1.方法（1）将样品切成窄条，这在测AMR时是必需的。对磁性合金薄膜，饱和磁化时，样品电阻率有如下关系：其中是磁场方向与电流方向的夹角。为保证电流有一确定方向，常用的方法是：①将样品刻成细线，使薄膜样品的宽度远远小于长度。②用平行电极，当电极间距远小于电极长度时，忽略电极端效应，认为两电极间的电流线是平行的。（2）用非共线四探针法测电阻值，如图3所示。这种方法当数字微伏表内阻很大时，可以忽略探针接触电阻的影响，已在半导体、铁氧体、超导体等的电测量中广泛使用。4图3四探针法示意图2.测量（1）将大功率恒流源与亥姆霍兹线圈连接，将样品装上四探针夹具并按图4连接好。将装好样品的夹具固定在亥姆霍兹线圈中心，使电流方向与磁场方向平行。启动仪器，预热校准。（2）调整精密恒流源输出，使测量电流（流过样品的电流）为1~100mA范围内的某个确定电流，本实验为6mA。（3）调节大功率恒流源输出电流，从-6A开始，逐点增大至6A，并记录大功率恒流源输出电流值、数字微伏表显示的电压值。注意在0A附近时磁场变化的步距要小。（4）调节大功率恒流源输出电流，从6A到-6A，记录对应的电流值和电压值（同上）。5（5）将样品夹具转90°固定好，是电流方向与磁场方向垂直，再重复（3）-（4）步，测量记录电流值和电压值。（6）将测量记录的数据，绘制R-H曲线（H与记录的电流值I成正比，R与记录的电压值V成正比，由于AMR是一种相对变化量，这里可以直接用I代替H，V代替R）。（7）根据R-H曲线计算出，相对饱和电阻率，以及AMR（计算时可用R代替）。五、实验数据测量得到电流值和电压值，下面对测量得到的数据作出R-H曲线，并计算相应量。1.磁场方向与电流方向平行时得到的R-H曲线如图所示，6图4磁场方向与电流方向平行时的R-H曲线从图中可以看到，平行情况下，随着磁场的增大，电阻值也逐渐增大，直到饱和。而且在零磁场的两边，出现了双峰，这与前面的讨论也是吻合的。但是这里的R-H曲线呈现了一种奇怪的形状，即同支曲线的两边是不等高的，如下面那支曲线（从-6A到+6A扫描）的右边比左边明显要高，而且两支曲线在竖直方向上也错开了一段距离。我们在实验中观察到的一种现象，即在特定的H值下，我们保持H值不变，但是此时的R值却会随时间逐渐增大，这说明有某种磁场以外的因素使得R值7随时间增大。这种增益因子或许可以解释上述曲线的奇怪之处，对于下面的那支曲线，由于我们是从左往右扫描的，随着时间流逝，增益因子使得右边的R值比左边多出了一些，因此曲线右边比左边高。而两支曲线的错位也可以用增益来说明，因为我们先测下面的曲线后测上面的曲线，增益使得上面的曲线产生了一定的“抬升”，因而比下面的曲线要高。但是具体是什么原因导致了这种增益因子，有待于进一步的实验，其中一种可能是热效应的影响。为了使增益因子的影响最小化，我们取下支曲线做计算。下支曲线中，，因此，2.磁场方向与电流方向垂直时R-H曲线如图，8图5磁场方向与电流方向垂直时的R-H曲线...