實(shí)驗(yàn)101 各向異性磁電阻測(cè)量

1、實(shí)驗(yàn)10.1 各向異性磁電阻測(cè)量【摘要】材料的磁電阻效應(yīng)被應(yīng)用的非常廣泛，本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)磁性合金的各向異性磁電阻的測(cè)量，初步了解磁電阻的一些特性，同時(shí)掌握室溫磁電阻的測(cè)量方法。【引言】材料的電阻率隨著外加磁場(chǎng)的不同而改變的現(xiàn)象就是磁電阻效應(yīng)。我們把磁場(chǎng)引起的電阻率變化寫成（）（），其中（）和（）分別表示在磁場(chǎng)H中和沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)的電阻率。磁電阻的大小常表示為：MR=×100%其中可以是（）或（），電阻率的變化與磁場(chǎng)方向與導(dǎo)體中電流方向的夾角有關(guān)，即具有各向異性，稱之為各向異性磁電阻（AMR）。此后人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了，MR很大的巨磁電阻（GMR）效應(yīng)和龐磁電阻（CMR）效應(yīng)，以及隧道結(jié)磁電阻（

2、TMR）【關(guān)鍵詞】磁電阻 亥姆霍茲線圈 【正文】一、實(shí)驗(yàn)原理材料的磁電阻和其在磁場(chǎng)中的磁化方向有關(guān)，即磁阻值是其磁化方向與電流方向之間夾角的函數(shù)。外加磁場(chǎng)方向與電流方向的夾角不同，飽和磁化時(shí)電阻率不一樣，通常取外磁場(chǎng)方向與電流方向平行和垂直兩種情況測(cè)量AMR。即有：-（）-（）若退磁狀態(tài)下磁疇是各向同性分布的，疇壁散射變化對(duì)磁電阻的貢獻(xiàn)較小，將之忽略，通常取：對(duì)于大多數(shù)材料>（0）故AMR定義為：如果0av，則說(shuō)明該樣品在退磁狀態(tài)下有磁疇結(jié)構(gòu)，即磁疇分布非完全各項(xiàng)同性。圖（1）是曾用作磁盤讀出磁頭和磁場(chǎng)傳感器材料的Ni81Fe19的磁電阻曲線，很明顯 >（），<（），各向異性

3、明顯。圖中的雙峰是材料的磁滯引起的。圖2是一些鐵磁金屬與合金薄膜的各向異性磁電阻曲線。二、實(shí)驗(yàn)儀器亥姆霍茲線圈、大功率恒流電源、大功率掃描電源、精密恒流源、數(shù)字萬(wàn)用表三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、亥姆霍茲線圈中通的電流比較大，因而不能長(zhǎng)時(shí)間讓線圈工作在強(qiáng)電流下，以免燒毀線圈。2、實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)要將各個(gè)電源歸零，關(guān)閉數(shù)字萬(wàn)用表。3、在記錄過(guò)程中，在樣品電壓變化緩慢的區(qū)域，線圈電流可以變化的快一些，在樣品電壓變化快的區(qū)域，線圈電流要緩慢變化。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)中記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄。磁場(chǎng)與樣品電流平行的情況：樣品電流保持5mA不變，將得到的電壓轉(zhuǎn)換成電阻與線圈電流的關(guān)系如下圖（磁場(chǎng)與電流垂直情況處理方法類似）

4、：由圖可得：R(0)=0.614；R=0.632；所以： MR=R-R(0)R(0)×100%=2.9%2、磁場(chǎng)與樣品電流垂直的情況如下圖：由圖可得：R(0)=0.6344；R=0.6264；所以： MR=R-R(0)R(0)×100%=-1.26%Rav=1/3(R+2R)=0.6223R(0)=1/2(R(0)+ R(0)=0.6242AMR=R-RR(0)=0.9%五、實(shí)驗(yàn)討論與實(shí)驗(yàn)思考題1、討論實(shí)驗(yàn)誤差，本次實(shí)驗(yàn)中有很多因素會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)有誤差，首先溫度會(huì)影響測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中溫度是一直變化的，所以會(huì)導(dǎo)致測(cè)量得到的曲線不對(duì)稱。另外，磁場(chǎng)是近似認(rèn)為是均勻場(chǎng)，實(shí)際上不是，這也

5、會(huì)造成誤差。同時(shí)在放置樣品是與磁場(chǎng)平行或垂直都是目測(cè)的，這樣也有可能造成測(cè)量的結(jié)果有誤差。2、實(shí)驗(yàn)思考題（1）測(cè)量AMR后計(jì)算出的0和av是否相同，如不同說(shuō)明什么問(wèn)題？答：從上面計(jì)算結(jié)果上看0和av可以認(rèn)為是相同的，這表明該樣品在退磁狀態(tài)下磁疇的分布是各向同性的，如果不相同則說(shuō)明退磁狀態(tài)下磁疇的分布是各向異性的。（2）按前述步驟手動(dòng)測(cè)量的磁電阻曲線與自動(dòng)測(cè)量出的磁電阻曲線有何異同，為什么？答：手動(dòng)測(cè)量時(shí)如實(shí)驗(yàn)結(jié)果中圖示，磁電阻曲線不對(duì)稱，這主要是由于測(cè)量的時(shí)間比較長(zhǎng)，測(cè)量的環(huán)境（主要是周圍的溫度）變化所致，手動(dòng)測(cè)量時(shí)測(cè)量的周期比較長(zhǎng)，環(huán)境變化比較大，如果改用自動(dòng)測(cè)量，而且自動(dòng)測(cè)量的周期比較短的

6、話，那么就可以有效的減少環(huán)境變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，另外，手動(dòng)測(cè)量時(shí)有一個(gè)好處就是，我們可以在電阻隨磁場(chǎng)變化比較大的區(qū)域，讓線圈電流變化的慢一些，突出這一區(qū)域的變化關(guān)系，而自動(dòng)的卻很難做到這點(diǎn)。（3）手動(dòng)測(cè)量時(shí)如何更好的選擇測(cè)量電流？答：當(dāng)流過(guò)線圈的電流很大時(shí)，線圈發(fā)熱的厲害，容易燒毀線圈，而磁電阻在磁場(chǎng)比較大時(shí)變化比較緩慢，故在手動(dòng)測(cè)量時(shí)，我們?cè)陔娏鞅容^大的區(qū)域，電流變化的快一些，在電流比較小時(shí)，線圈發(fā)熱不明顯，我們可以慢慢測(cè)量，并且這一區(qū)域是磁電阻變化比較快的，所以在電流較小時(shí)，我們應(yīng)適當(dāng)減小線圈電流的變化步長(zhǎng)，使得在這一區(qū)域測(cè)量的點(diǎn)多一些。（4）測(cè)量中如何減小熱效應(yīng)對(duì)測(cè)量的影響？答：減小測(cè)量的周期，測(cè)量周期越長(zhǎng)，溫差越大，對(duì)測(cè)量的影響就越大，我們可以改用自動(dòng)測(cè)量的方法，這樣可以省去讀數(shù)記數(shù)的時(shí)間。采用降溫的方法，有一種可行的方法就是用氣冷，將樣品和線圈置于風(fēng)扇下，這樣可以有效的減小前后