巨磁阻又稱特大磁電阻,即GMR(Giant Magneto Resistive),龐磁電阻等其MR(磁電�)可高�10^6%。演示巨磁阻�(xiàn)象的基本器件是兩層或多層鐵磁�,由�磁性材�分開。每一層的厚度都在納米�(shù)量級。而巨磁阻是基于兩個基本的物理過程�
巨磁阻的因其系統(tǒng)簡單卻又效應明顯�1994,IBM成功地將巨磁阻效應運用在硬碟讀寫磁�,將磁碟容量提高了近20�,也成功地在硬碟市場上奪得的地位。巨磁阻效應更開啟了自旋電子學的�(fā)展,磁性效應和半導體的結合,使得現(xiàn)今的電子元件既小又快速。現(xiàn)�,我們所使用的電腦不論硬碟或是RAM都和巨磁阻有關聯(lián)。而日常使用的�(shù)位相�、PDA也都有巨磁阻的影�。近�,科學家更構想利用巨磁阻所衍生的自旋閥作為量子電腦中的元件�
費爾和葛倫貝爾的成就獲得了國際的肯定,更�2007獲頒諾貝爾物理獎以表彰他們在近代科技�(fā)展的貢獻,而這更凸顯了巨磁阻在近代科技�(fā)展中的地��
巨磁阻的磁頭是由4層導電材料和磁性材料薄膜構成的:一個傳感層、一個非導電中介層、一個磁性的栓層和一個交換層�
巨磁阻前3個層控制著磁頭的電阻。在栓層�,磁場強度是固定�,并且磁場方向被相臨的交換層所保持。而且自由層的磁場強度和方向則是隨著轉到磁頭下面的磁盤表面的微小磁化區(qū)所改變�,這種磁場強度和方向的變化導致明顯的磁頭電阻變化,在一個固定的信號電壓下面,就可以拾取供硬盤電路處理的信號�
巨磁阻磁頭GMR磁頭與MR磁頭一�,是利用特殊材料的電阻值隨磁場變化的原理來讀取盤片上的數(shù)�(jù),但是GMR磁頭使用了磁阻效應更好的材料和多層薄膜結�,比MR磁頭更為敏感,相同的磁場變化能引起更大的電阻值變�,從而可以實�(xiàn)更高的存儲密�,現(xiàn)有的MR磁頭能夠達到的盤片密度為3Gbit�5Gbit/in2(千兆位每平方英寸),而GMR磁頭可以達到10Gbit�40Gbit/in2以上。目前GMR磁頭已經(jīng)處于成熟推廣�,在今后它將會逐步取代MR磁頭,成為的磁頭技��
一、巨磁阻的效應介�
早在1988�,費爾和格林貝格爾就各自獨立�(fā)�(xiàn)了這一特殊�(xiàn)象:非常弱小的磁性變化就能導致磁性材料發(fā)生非常顯著的電阻變化。那�,法國的費爾在鐵、鉻相間的多層膜電阻中發(fā)�(xiàn),微弱的磁場變化可以導致電阻大小的急劇變化,其變化的幅度比通常高十幾倍,他把這種效應命名為巨磁阻效應(Giant Magneto-Resistive,GMR�。有趣的�,就在此�3個月,德國優(yōu)利希研究中心格林貝格爾教授領導的研究小組在具有層間反平行磁化的鐵/�/鐵三層膜結構中也�(fā)�(xiàn)了完全同樣的�(xiàn)��
所謂巨磁阻效應,是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現(xiàn)象。巨磁阻是一種量子力學效�,它�(chǎn)生于層狀的磁性薄膜結�。這種結構是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。當鐵磁層的磁矩相互平行�,載流子與自旋有關的散射最�,材料有最小的電阻。當鐵磁層的磁矩為反平行�,與自旋有關的散射最強,材料的電�。上下兩層為鐵磁材料,中間夾層是非鐵磁材�。鐵磁材料磁矩的方向是由加到材料的外磁場控制的,因而較小的磁場也可以得到較大電阻變化的材料�
眾所周知,計算機硬盤是通過磁介質來存儲信息�。一塊密封的計算機硬盤內部包含若干個磁盤片,磁盤片的每一面都被以轉軸為軸�、以一定的磁密度為間隔劃分成多個磁�,每個磁道又被劃分為若干個扇區(qū)�
磁盤片上的磁涂層是由�(shù)量眾多的、體積極為細小的磁顆粒組�,若干個磁顆粒組成一個記錄單元來記錄1比特(bit)信息,�0�1。磁盤片的每個磁盤面都相應有一個磁�。當磁頭“掃描”過磁盤面的各個區(qū)域時,各個區(qū)域中記錄的不同磁信號就被轉換成電信號,電信號的變化進而被表達為�0”和�1�,成為所有信息的原始譯碼�
最早的磁頭是采用錳鐵磁體制成的,該類磁頭是通過電磁感應的方式讀寫數(shù)�(jù)。然�,隨著信息技術發(fā)展對存儲容量的要求不斷提高,這類磁頭難以滿足實際需�。因為使用這種磁頭,磁致電阻的變化僅為1%~2%之�,讀取數(shù)�(jù)要求一定的強度的磁場,且磁道密度不能太�,因此使用傳�(tǒng)磁頭的硬盤容量只能達到每平方英寸20兆位。硬盤體積不斷變�,容量卻不斷變大時,勢必要求磁盤上每一個被劃分出來的獨立區(qū)域越來越�,這些區(qū)域所記錄的磁信號也就越來越弱�
1997�,全球基于巨磁阻效應的讀出磁頭問�。正是借助了巨磁阻效應,人們才能夠制造出如此靈敏的磁頭,能夠清晰讀出較弱的磁信�,并且轉換成清晰的電流變�。新式磁頭的出現(xiàn)引發(fā)了硬盤的“大容量、小型化”革�。如�,筆記本電腦、音樂播放器等各類數(shù)碼電子產(chǎn)品中所裝備的硬�,基本上都應用了巨磁阻效應,這一技術已然成為新的標��
二、巨磁阻的效應應�
阿爾貝·費爾和彼得·格林貝格爾所�(fā)�(xiàn)的巨磁阻效應造就了計算機硬盤存儲密度提高50倍的奇跡。單以讀出磁頭為例,1994�,IBM公司研制成功了巨磁阻效應的讀出磁�,將磁盤記錄密度提高�17��1995年,宣布制成每平方英�3Gb硬盤面密度所用的讀出頭,創(chuàng)下了世界記錄。硬盤的容量�4GB提升到了600GB或更高�
目前,采用SPIN-VALVE材料研制的新一代硬盤讀出磁�,已�(jīng)把存儲密度提高到560億位/平方英寸,該類型磁頭已占領磁頭市場的90%�95%。隨著低電阻高信號的TMR的獲�,存儲密度達到了1000億位/平方英寸�
2007�9�13�,全球的硬盤廠商希捷科技(Seagate Technology)在北京宣布,其旗下被全球最多數(shù)字視頻錄像機(DVR)及家庭媒體中心采用的第四代DB35系列硬盤,現(xiàn)已達�1TB�1000GB)容�,足以收錄多�200小時的高清電視內�。正是依靠巨磁阻材料,才使得存儲密度在最近幾年內每年的增長速度達到3�4�。由于磁頭是由多層不同材料薄膜構成的結構,因而只要在巨磁阻效應依然起作用的尺度范圍內,未來將能夠進一步縮小硬盤體�,提高硬盤容量�
除讀出磁頭外,巨磁阻效應同樣可應用于測量位移、角度等傳感器中,可廣泛地應用于�(shù)控機�、汽車導航、非接觸開關和旋轉編碼器�,與光電等傳感器相比,具有功耗小、可靠性高、體積小、能工作于惡劣的工作條件等優(yōu)�。目�,我國國內也已具備了巨磁阻基礎研究和器件研制的良好基礎。中國科學院物理研究所及北京大學等高校在巨磁阻多層�、巨磁阻顆粒膜及巨磁阻氧化物方面都有深入的研究。中國科學院計算技術研究所在磁膜隨機存儲器、薄膜磁�、MIG磁頭的研制方面成果顯著。北京科技大學在原子和納米尺度上對低維材料的微結構表征的研究及對大磁矩膜的研究均有較高水平�
今天,移動硬盤、MP3播放器等磁盤驅動設備隨處可見,每天我們都可以將這些小巧精致的科技�(chǎn)品放在衣袋中隨身攜帶,隨時享受它們給我們帶來的便利和快�,然而為了這一時刻的到來,偉大的公司與偉大的科學家一�,都付出了難以計算的智慧和辛��
巨磁電阻效應的發(fā)�(xiàn),讓硬盤的體積不斷縮�,容量卻不斷變大�
1、電子羅盤或電子指南針:航海,航空導��
2、地磁場檢測,高精度磁補償電流檢��
3、交通控制系�(tǒng)交通工具檢測:車輛分類,是否有車輛存在或通過的運動方�;仃車場車輛存在與否檢測�
4、旋轉磁輪和運動磁條的轉速或速度檢測�
5、高速接近傳感器;遠距離(大�200mm)檢��
維庫電子通,電子知識,一查百��
已收錄詞�162542�