各向異性磁電阻測(cè)量-南京大學(xué)

實(shí)驗(yàn)10.1各向異性磁電阻測(cè)量南京大學(xué)物理學(xué)院一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）初步了解磁性合金的各向異性磁電阻（AMR）；（2）初步掌握室溫磁電阻的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 一些磁性金屬和合金的AMR與技術(shù)磁化相對(duì)應(yīng)，即與從退磁狀態(tài)到趨于磁飽和的過程相應(yīng)的電阻變化。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，即有各向異性。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。即有及。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，則。對(duì)于大多數(shù)材料，故AMR常定義為：如果，則說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。圖1Ni81Fe19薄膜的磁電阻曲線從圖中可以看到，平行情況下，隨著磁場(chǎng)的增大，電阻值也逐漸增大，直到飽和。而且在零磁場(chǎng)的兩邊，出現(xiàn)了雙峰，這與前面的討論也是吻合的。但是這里的R-H曲線呈現(xiàn)了一種奇怪的形狀，即同支曲線的兩邊是不等高的，如下面那支曲線（從-6A到+6A掃描）的右邊比左邊明顯要高，而且兩支曲線在豎直方向上也錯(cuò)開了一段距離。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中觀察到的一種現(xiàn)象，即在特定的H值下，我們保持H值不變，但是此時(shí)的R值卻會(huì)隨時(shí)間逐漸增大，這說明有某種磁場(chǎng)以外的因素使得R值隨時(shí)間增大。這種增益因子或許可以解釋上述曲線的奇怪之處，對(duì)于下面的那支曲線，由于我們是從左往右掃描的，隨著時(shí)間流逝，增益因子使得右邊的R值比左邊多出了一些，因此曲線右邊比左邊高。而兩支曲線的錯(cuò)位也可以用增益來說明，因?yàn)槲覀兿葴y(cè)下面的曲線后測(cè)上面的曲線，增益使得上面的曲線產(chǎn)生了一定的“抬升”，因而比下面的曲線要高。但是具體是什么原因?qū)е铝诉@種增益因子，有待于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，其中一種可能是熱效應(yīng)的影響。為了使增益因子的影響最小化，我們?nèi)∠轮€做計(jì)算。下支曲線中，，因此，2.磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)R-H曲線如圖，圖5磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí)的R-H曲線從圖中可以看到，垂直情況下，隨著磁場(chǎng)的增大，電阻值逐漸減小，直到飽和。而且在零磁場(chǎng)的兩邊，出現(xiàn)了雙峰，這與前面的討論吻合。同樣地，曲線的不對(duì)稱和錯(cuò)位可以用增益因子來解釋（見平行情況的討論）。 取下支曲線做計(jì)算，其中，因此，3.和AMR由原理部分可知，由上述分析可知，在這種磁性材料中存在各項(xiàng)異性磁電阻效應(yīng)，AMR并不大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為1.87%。六、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)字萬用表。3、在記錄過程中，在樣品電壓變化緩慢的區(qū)域，線圈電流可以調(diào)節(jié)得快一些，在樣品電壓變化快的區(qū)域，線圈電流要調(diào)節(jié)得緩慢。七、思考題（1）測(cè)量AMR后計(jì)算出的和是否相同，如不同說明什么問題？答：計(jì)算得到，從上面計(jì)算結(jié)果上看ρ0和ρa(bǔ)v（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：①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。②采用降溫的方法，有一種可行的方