Interested Article - Анизотропное магнетосопротивление
- 2020-03-20
- 1
Анизотро́пное магнетосопротивле́ние (анизотропный магниторезистивный эффект) — квантовомеханический эффект, заключающийся в изменении электрического сопротивления ферромагнитных проволок в зависимости от их ориентации относительно внешнего магнитного поля .
Математическая формулировка
Под величиной магнитосопротивления обычно понимают отношение
где — удельное сопротивление образца в магнитном поле напряженностью . На практике также применяются альтернативные формы записи, отличающиеся знаком выражения и использующие интегральное значение сопротивления .
Теория
В ферромагнитных материалах наподобие железа , кобальта , никеля и их сплавов электрическое сопротивление зависит от угла между направлением намагниченности образца и внешним магнитным полем. Данная зависимость обусловлена магнитной анизотропией , которая проявляется в неодинаковости магнитных свойств тела по различным направлениям. Причина магнитной анизотропии заключается в спин-орбитальном взаимодействии электронов , приводящем к спин -зависимому рассеянию электронов (коэффициент рассеяния для спинов сонаправленных и противонаправленных по отношению к намагниченности образца будет различный). Особенно велика магнитная анизотропия в монокристаллах ферромагнетиков , где она проявляется в наличии осей лёгкого намагничивания, вдоль которых направлены векторы самопроизвольной намагниченности ферромагнитных доменов.
На практике удельное сопротивление образца в нулевом поле достаточно точно аппроксимируется зависимостью
где — удельное сопротивление при ориентации образца параллельно магнитному полю, а — перпендикулярно ему .
Эффект достаточно слабый: в ферромагнитных материалах (например, плёнках пермаллоя ) величина магнетосопротивления при комнатной температуре не превышает .
Принципы использования
Анизотропный магниторезистивный эффект лучше всего проявляется при изготовлении чувствительного элемента в виде тонкой полоски с геометрическими размерами, которые удовлетворяют условию
где — высота, — ширина, — длина полоски.
При выполнении данного условия сопротивление полоски достаточно велико и она имеет одноосную анизотропию. Одноосная анизотропия проявляется в том, что ферромагнетик плёнки ведет себя подобно единственному домену, который под воздействием внешнего магнитного поворачивается вокруг своей оси. При этом однодоменность по толщине не означает однодоменности по всей площади плёнки, хотя в некоторых случаях и не исключает этого .
На схемотехническом уровне АМР датчики обычно представляют собой четыре эквивалентных магниторезистора, сформированных путём осаждения тонкого слоя пермаллоя на кремниевую пластину в форме квадрата и соединённых по схеме, представляющей из себя плечи измерительного моста Уинстона .
Ввиду того, что в мостовых схемах магниторезисторы расположены на одной общей подложке и имеют одинаковый температурный режим работы, несмотря на сильную зависимость сопротивления АМР-резистора от температуры, изменение температуры незначительно влияет на напряжение на выходе моста.
У АМР-резисторов от температуры изменяется не только сопротивление, но и чувствительность, т.е.
где — изменение сопротивления в зависимости от изменения напряженности внешнего магнитного поля на величину , — номинальное значение магнетосопротивления.
С ростом температуры чувствительность уменьшается. Для уменьшения этой зависимости последовательно с двумя магниторезисторами разных плеч мостовой схемы включают терморезистор с отрицательным ТКС.
Применение
Использовался в магнитных сенсорах до открытия эффекта гигантского магнитного сопротивления .
См. также
- Спинтроника
- Гигантское магнитное сопротивление
- Колоссальное магнитное сопротивление
- Туннельное магнитное сопротивление
Примечания
- Никитин С. А. // Соросовский обозревательный журнал. — 2004. — Т. 8 , № 2 . — С. 92—98 . (недоступная ссылка)
- Э. Л. Нагаев. Успехи физических наук . — Российская академия наук , 1996. — Т. 166 , № 8 . — С. 833—858 . — doi : . 14 сентября 2013 года. //
- Я. М. Муковский. // Рос. хим. ж. — 2001. — Т. XLV , № 5—6 . — С. 32—41 . 18 октября 2012 года.
- Hari Singh Nalwa. Handbook of thin film materials: Nanomaterials and magnetic thin films. — Academic Press, 2002. — Vol. 5. — P. 514. — 633 p. — ISBN 9780125129084 .
- ↑ Claude Chappert, Albert Fert and Frédéric Nguyen Van Dau. (англ.) // Nature Materials : journal. — 2007. — Vol. 6 . — P. 813—823 . — doi : . 20 ноября 2016 года.
- Воробьев А. В. // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. — 2012. — Т. 16 , № 1 . 17 сентября 2016 года.
- Howard Mason. . Zetex (сентябрь 2003). Дата обращения: 9 сентября 2016. Архивировано из 17 июля 2016 года.
- 2020-03-20
- 1