本文首要介绍的是巨磁电阻效应，首要详细的论述了巨磁阻效应与层结构，其次介绍了巨磁电阻效应的使用，详细的跟从小编一同来了解一下。
巨磁电阻效应是什么
所谓巨磁电阻效应是指资料的电阻率在有外磁场效果时较之无外磁场效果时存在明显改动的现象。一般将其界说为GMR＝其间（H）为在磁场H效果下资料的电阻率（0）指无外磁场效果下资料的电阻率。由外加磁场引起的一些磁性资料的电阻巨大改动（称为巨磁电阻效应）就是磁电子学中一项重要内容。在室温下具有巨磁电阻效应的巨磁电阻资料现在已有许多品种，例如，多层膜巨磁电阻资料，颗粒型巨磁电阻资料，氧化物型巨磁电阻资料，地道结型磁电阻资料等。
巨磁阻效应与层结构剖析
所谓磁阻效应是指导体或半导体在磁场效果下其电阻值发生改动的现象，巨磁阻效应在1988年由彼得•格林贝格（Peter Grünberg）和艾尔伯•费尔（Albert Fert）别离独立发现，他们因此一同取得2007年诺贝尔物理学奖。研讨发现在磁性多层膜如Fe/Cr和Co/Cu中，铁磁性层被纳米级厚度的非磁性资料分离隔来。在特定条件下，电阻率减小的起伏相当大，比一般磁性金属与合金资料的磁电阻值约高10余倍，这一现象称为“巨磁阻效应”。
巨磁阻效应可以用量子力学解说，每一个电子都可以自旋，电子的散射率取决于自旋方向和磁性资料的磁化方向。自旋方向和磁性资料磁化方向相同，则电子散射率就低，穿过磁性层的电子就多，然后出现低阻抗。反之当自旋方向和磁性资料磁化方向相反时，电子散射率高，因此穿过磁性层的电子较少，此刻出现高阻抗。
根据巨磁阻效应的传感器其感应资料首要有三层：即参阅层（Reference Layer或Pinned Layer），一般层（Normal Layer）和自在层（Free Layer）。如图1所示，参阅层具有固定磁化方向，其磁化方向不会遭到外界磁场方向影响。一般层为非磁性资料薄膜层，将两层磁性资料薄膜层分离隔。自在层磁场方会跟着外界平行磁场方向的改动而改动。
图1 巨磁阻层结构
如图2所示，两边蓝色层代表磁性资料薄膜层，中心橘色层代表非磁性资料薄膜层。绿色箭头代表磁性资料磁化方向，灰色箭头代表电子自旋方向，黑色箭头代表电子散射。左图表明两层磁性资料磁化方向相同，当一束自旋方向与磁性资料磁化方向都相同的电子经过期，电子较简单经过两层磁性资料，因此出现低阻抗。而右图表明两层磁性资料磁化方向相反，当一束自旋方向与第一层磁性资料磁化方向相同的电子经过期，电子较简单经过，但较难经过第二层磁化方向与电子自旋方向相反的磁性资料，因此出现高阻抗。
图2 电子自旋与磁化方向示意图
接下来本文针对NVE公司型号为AA005-02的巨磁阻传感器，对其磁化状况与阻态方式进行介绍。
如图3所示，A为导电的非磁性薄膜层。在没有外加磁场的状况下，反铁磁耦合的效果使得两边的B层中的磁矩方向处于相反的状况，此刻，对流过元件的电流出现高阻态。
图3 高阻态方式
如图4所示，当大于反铁磁耦合的磁场效果于巨磁阻元件时，自在层磁化方向对齐外部磁场方向，此刻，电阻急剧下降，对外出现低阻态。电阻下降
图4 低阻态方式
巨磁电阻效应的使用介绍
巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研发用于硬磁盘的体积小而活络的数据读出面（Read Head）。这使得存储单字节数据所需的磁性资料标准大为削减，然后使得磁盘的存储才能得到大起伏的进步。第一个商业化出产的数据读取探头是由IBM公司于1997年投放商场的，到现在为止，巨磁阻技能现已成为全国际简直一切电脑、数码相机、MP3播放器的规范技能。
在Grünberg开始的作业中他和他领导的小组仅仅研讨了由铁、铬（Chromium）、铁三层资料组成的样品，试验效果显现电阻下降了1.5%。而Fert及其搭档则研讨了由铁和铬组成的多层资料样品，使得电阻下降了50%。
阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔所发现的巨磁阻效应造就了核算机硬盘存储密度进步50倍的奇观。单以读出磁头为例，1994年，IBM公司研发成功了巨磁阻效应的读出磁头，将磁盘记载密度进步了17倍。1995年，宣告制成每平方英寸3Gb硬盘面密度所用的读出面，创下了国际记载。硬盘的容量从4GB进步到了600GB或更高。
现在，选用SPIN-VALVE资料研发的新一代硬盘读出磁头，现已把存储密度进步到560亿位/平方英寸，该类型磁头已占据磁头商场的90%～95%。跟着低电阻高信号的TMR的取得，存储密度到达了1000亿位/平方英寸。
2007年9月13日，全球最大的硬盘厂商希捷科技（Seagate Technology）在北京宣告，其旗下被全球最多数字视频录像机（DVR）及家庭媒体中心选用的第四代DB35系列硬盘，现已到达1TB（1000GB）容量，足以录入多达200小时的高清电视内容。正是依托巨磁阻资料，才使得存储密度在最近几年内每年的增长速度到达3～4倍。因为磁头是由多层不同资料薄膜构成的结构，因此只要在巨磁阻效应仍然起效果的标准范围内，未来将可以进一步缩小硬盘体积，进步硬盘容量。
除读出磁头外，巨磁阻效应相同可使用于丈量位移、视点等传感器中，可广泛地使用于数控机床、轿车导航、非触摸开关和旋转编码器中，与光电等传感器比较，具有功耗小、可靠性高、体积小、能作业于恶劣的作业条件等长处。现在，我国国内也已具有了巨磁阻基础研讨和器材研发的良好基础。中国科学院物理研讨所及北京大学等高校在巨磁阻多层膜、巨磁阻颗粒膜及巨磁阻氧化物方面都有深化的研讨。中国科学院核算技能研讨地点磁膜随机存储器、薄膜磁头、MIG磁头的研发方面效果明显。北京科技大学在原子和纳米标准上对低维资料的微结构表征的研讨及对大磁矩膜的研讨均有较高水平。
今日，移动硬盘、MP3播放器等磁盘驱动设备随处可见，每天咱们都可以将这些细巧精美的科技产品放在衣袋中随身携带，随时享用它们给咱们带来的便当和高兴，但是为了这一时间的到来，巨大的公司与巨大的科学家一同，都付出了难以核算的才智和辛劳。巨磁电阻效应的发现，让硬盘的体积不断缩小，容量却不断变大。
