磁阻效应主讲人：司嵘嵘

实 验 背 景

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1、什么是磁阻效应

磁阻效应（magnetic resistance effect）：

是指在一定条件下，某些金属或半导体材料的电阻值随外加磁场

变化而变化的现象。

磁阻效应是1857

年由威廉·汤姆森，

即后来的开尔文

爵士发现。

英国物理学家开尔文(Lord Kelvin,1824～1907)

铁电阻在磁场作用下

有1%-2%的改变。

这样的效应后来被称

为“常磁阻”(OMR)。

实 验 背 景

2、巨磁阻效应的发现

1988年，法国的费尔在铁、铬相间的多层膜电阻中发现，微弱的磁场变化可以导致电阻大小的急剧变化，其变化的幅度比通常高十几倍，他把这种效应命名为巨磁阻效应（GMR：Giant Magneto-Resistance）。

有趣的是，就在此前3个月，德国优利希研究中心格林贝格尔教授领导的研究小组在具有层间反平行磁化的铁/铬/铁三层膜结构中也发现了完全同样的现象。

两人获得2007年诺贝尔物理学奖。

法国科学家阿尔贝·费尔特（Albert Fert 1938.3~）

德国科学家彼得·格伦博格

（Peter Grünberg.1939～）

实 验 背 景

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3、巨磁阻效应的应用

1994年，IBM公司研制成功巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍，达5Gbit／In2，目前已经提高到了40Gbit／In2。

巨磁阻效应带来了一场“硬盘革命”，幵极大地加速了信息时代的步伐。

实 验 背 景

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4、磁阻效应的发展和应用

常磁阻效应（OMR：Ordinary Magneto-Resistance）

磁阻变化随着外加磁场变化较小。

巨磁阻效应（GMR：Giant Magneto-Resistance）

磁阻变化随着外加磁场变化而有一个数量级的变化。

庞磁阻效应（CMR：Colossal Magneto-Resistance）

磁阻变化随着外加磁场变化而有数个数量级的变化。

穿隧磁阻效应（TMR：Tunneling Magneto-Resistance）铁磁材料中（1纳米），其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。

各向异性磁阻效应（AMR：Anisotropic Magneto-Resistance）

有些材料中磁阻的变化，与磁场和电流间夹角有关，称为各向异向性磁阻效应。

实 验 背 景

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4、磁阻效应的发展和应用

目前，磁阻效应广泛用亍工业、交通、仪器仪表等领域。

比如电子罗盘、转速传感器、磁力计、位置和角度传感器、

磁存储(磁卡、硬盘)等等。

电子罗盘 转速传感器 磁力计 锑化铟传感器

1、测量锑化铟传感器的电阻和磁感应强度的关系；

实 验 目 的

2、作出锑化铟传感器电阻变化与磁感应强度的关系曲线；

3、对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行曲线

和直线拟合。

实 验 原 理

1、磁阻效应产生原理

B

-v

FE

FB I

D

D’

-- -- -

++ +++ V

E－霍耳电场，v－载流子的速度，B－磁感应强度。

平衡条件: E=vB

载流子的速度幵不都一样，而是满

足一定的统计分布，这里的v仅仅是一个

最可几的速率。

那么小亍或大亍该速度的载流子将向

D或D’偏转，这种偏转就会使得沿外加

电场方向运动的载流子数量减少，从而

电阻增大，即为磁阻效应。

实 验 原 理

2、磁阻效应的大小如何表示？

磁阻效应通常用电阻率的相对变化量Δρ /ρ（0）或电阻

的相对变化量ΔR/R（0）来表示其大小。

ΔR= R(B)- R(0);

R(0): 磁感应强度为0时，材料的电阻值；

R(B): 磁感应强度为B时，材料的电阻值。

实 验 原 理

3、锑化铟传感器的磁阻效应规律

当锑化铟传感器处亍较弱磁场中时，磁电阻的相对变化率

ΔR/R（0）正比亍磁感应强度B的二次方，而在强磁场中时，磁

电阻的相对变化率ΔR/R（0）与磁感应强度B呈线性函数关系。

弱磁场中：ΔR/R(0)＝a1B2

强磁场中：ΔR/R(0)＝b1B+ b2

实 验 原 理

4、测量磁电阻的实验原理示意图

在恒流（Is=1.00mA）的情况下，改变磁场测电压，求电阻。

仪 器 设 备

此处插入仪器介绍视频

实验内容

1、在锑化铟磁阻传感器工作电流保持不变的条件下，测量锑化铟磁阻传

感器的电阻与磁感应强度的关系。作ΔR/R(0)～B的关系曲线，幵对关

系曲线的非线性区域和线性区域分别进行曲线和直线拟合。

（实验时注意GaAs和InSb传感器工作电流应调至1.00mA）。

2、用磁阻传感器测量一个未知的磁场强度(比如励磁电流为0.3A)，与毫

特计测得的磁场强度相比较，估算测量误差。

实验注意事项

加电前必须保证测试仪的“Is调节”和“IM调节”旋钮均置零位（即

逆时针旋到底）

严禁在励磁线圈加电后插拔励磁电流连线！

思考题

1.锑化铟磁阻传感器在弱磁场和强磁场时的电

阻值与磁感应强度关系有何不同？这两种特

性各有什么应用？

2.温度对磁阻效应阻值变化有什么影响？实验

中应注意什么问题？

实验拓展

详见南京理工大学物理实验中心网站相关实验拓展资料

•研究弱正弦交流磁场中磁阻传感器的交流电倍频性能

•利用磁阻传感器测量地磁场

•磁阻效应特性数据的分析和拟合

•研究其它材料的磁阻效应实验规律

•巨磁阻效应的原理、应用及实验

看观谢谢