Anisotropisk magnetoresistens

Anisotrop magnetoresistens (anisotrop magnetoresistiv effekt) er en kvantemekanisk effekt, der består i at ændre den elektriske modstand af ferromagnetiske ledninger afhængigt af deres orientering i forhold til et eksternt magnetfelt .

Matematisk formulering

Værdien af magnetoresistens forstås normalt som forholdet

\delta _{H}={\frac {\rho (H)-\rho (0)}{\rho (H))),

hvor er prøvens resistivitet i et magnetisk felt af styrke [1] [2] . I praksis bruges også alternative optagelsesformer, som adskiller sig i udtrykkets fortegn og bruger modstandens integralværdi [3] . $\rho (H)$ $H$

Teori

I ferromagnetiske materialer som jern , kobolt , nikkel og deres legeringer afhænger den elektriske modstand af vinklen mellem prøvens magnetiseringsretning og det eksterne magnetfelt. Denne afhængighed skyldes magnetisk anisotropi , som manifesterer sig i ujævnheden af kroppens magnetiske egenskaber i forskellige retninger. Årsagen til magnetisk anisotropi ligger i spin-orbit-interaktionen af elektroner , hvilket fører til spin- afhængig spredning af elektroner (spredningskoefficienten for spin co-directed og mod-rettet med hensyn til magnetiseringen af prøven vil være forskellig). Den magnetiske anisotropi er især høj i enkeltkrystaller af ferromagneter , hvor den manifesterer sig i nærvær af lette magnetiseringsakser, langs hvilke vektorerne for spontan magnetisering af ferromagnetiske domæner er rettet.

I praksis er resistiviteten af en prøve i et nulfelt ret nøjagtigt tilnærmet af afhængigheden $\rho _{0}$

$\rho _{0}={\frac {1}{3}}\rho _{\parallel }+{\frac {2}{3}}\rho _{\perp },$

hvor er den specifikke modstand, når prøven er orienteret parallelt med magnetfeltet, og er vinkelret på det [4] . $\rho _{\parallel }$ $\rho _{\perp }$

Effekten er ret svag: i ferromagnetiske materialer (for eksempel permalloy- film ) overstiger værdien af magnetoresistens ved stuetemperatur ikke [5] . $2-3\%$

Principper for brug

Den anisotropiske magnetoresistive effekt manifesteres bedst ved fremstilling af et følsomt element i form af en tynd strimmel med geometriske dimensioner, der opfylder betingelsen

$d<b\ll L,$

hvor er højden, er bredden, er længden af strimlen. $d$ $b$ $L$

Under denne betingelse er modstanden af strimlen tilstrækkelig høj, og den har enakset anisotropi. Uniaksial anisotropi manifesterer sig i det faktum, at filmens ferromagnet opfører sig som et enkelt domæne, der under påvirkning af et eksternt magnetfelt roterer omkring sin akse. I dette tilfælde betyder enkelt-domæne tykkelse ikke enkelt-domæne over hele området af filmen, selvom det i nogle tilfælde ikke udelukker dette [6] .

På kredsløbsniveau er AMR-sensorer normalt fire ækvivalente magnetoresistorer dannet ved aflejring af et tyndt lag permalloy på en siliciumwafer i form af en firkant og forbundet i et kredsløb, der repræsenterer armene på Winston -målebroen [7] .

På grund af det faktum, at magnetomodstandene i brokredsløb er placeret på det samme fælles substrat og har det samme driftstemperaturregime, på trods af den stærke afhængighed af modstanden fra AMR-modstanden af temperaturen, har temperaturændringer ringe effekt på spændingen ved broens udgang.

For AMR-modstande ændres ikke kun modstanden med temperaturen, men også følsomheden, dvs.

$(\vartriangle R/R)/\vartriangle H,$

hvor er ændringen i modstand afhængig af ændringen i styrken af det eksterne magnetfelt med værdien , er den nominelle værdi af magnetoresistensen. $\vartriangle R$ $\vartriangle H$ $R$

Når temperaturen stiger, falder følsomheden. For at reducere denne afhængighed er en NTC termistor forbundet i serie med to magnetoresistorer af forskellige arme af brokredsløbet .

Ansøgning

Brugt i magnetiske sensorer før opdagelsen af den gigantiske magnetiske modstandseffekt . [5]

Se også

Noter

↑ Nikitin S. A. Giant magnetoresistance // Soros Review Journal. - 2004. - T. 8 , nr. 2 . - S. 92-98 . (utilgængeligt link)
↑ E. L. Nagaev. Lanthanummanganitter og andre magnetiske ledere med gigantisk magnetoresistens // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Det russiske videnskabsakademi , 1996. - T. 166 , nr. 8 . - S. 833-858 . - doi : 10.3367/UFNr.0166.199608b.0833 . (Russisk)
↑ Ya. M. Mukovsky. Opnåelse og egenskaber af materialer med kolossal magnetoresistens // Ros. chem. og. - 2001. - T. XLV , nr. 5-6 . - S. 32-41 .
↑ Hari Singh Nalwa. Håndbog i tyndfilmsmaterialer: Nanomaterialer og magnetiske tyndfilm. - Academic Press, 2002. - Vol. 5. - S. 514. - 633 s. — ISBN 9780125129084 .
↑ 1 2 Claude Chappert, Albert Fert og Frederic Nguyen Van Dau. Fremkomsten af spinelektronik i datalagring (engelsk) // Nature Materials : journal. - 2007. - Bd. 6 . - s. 813-823 . - doi : 10.1038/nmat2024 .
↑ Vorobyov A. V. Matematisk model af en anisotropisk magnetoresistiv sensor til tekniske beregninger // Bulletin fra Ufa State Aviation Technical University. - 2012. - T. 16 , nr. 1 . Arkiveret fra originalen den 17. september 2016.
↑ Howard Mason. Grundlæggende introduktion til brugen af magnetoresistive sensorer (link ikke tilgængeligt) . Zetex (september 2003). Hentet 9. september 2016. Arkiveret fra originalen 17. juli 2016. (ubestemt)