具有線性磁場(chǎng)響應(yīng)的GMR和TMR材料及其在磁敏傳感器中的應(yīng)用的中期報(bào)告

具有線性磁場(chǎng)響應(yīng)的GMR和TMR材料及其在磁敏傳感器中的應(yīng)用的中期報(bào)告一、引言GMR和TMR材料是一類具有高度磁敏感性和線性磁場(chǎng)響應(yīng)的材料，能夠廣泛應(yīng)用于磁敏傳感器、磁存儲(chǔ)器和磁傳輸系統(tǒng)等領(lǐng)域。本中期報(bào)告主要介紹了目前GMR和TMR材料的研究現(xiàn)狀和在磁敏傳感器中的應(yīng)用情況。二、GMR和TMR材料研究現(xiàn)狀1.GMR材料GMR材料是一類由磁性層和非磁性層交替排列的復(fù)合材料，其中磁性層可以是鐵磁性或反鐵磁性材料，非磁性層可以是金屬、半導(dǎo)體或氧化物材料。當(dāng)外加磁場(chǎng)作用于GMR材料時(shí)，非磁性層與磁性層的自旋極化程度發(fā)生變化，從而改變復(fù)合材料的電子輸運(yùn)性質(zhì)。GMR效應(yīng)主要來源于電子在非磁性層和磁性層之間的隧穿過程。目前，GMR材料的研究重點(diǎn)主要是提高其磁敏感性和線性磁場(chǎng)響應(yīng)。一些新型材料的出現(xiàn)，如Heusler合金、強(qiáng)自旋軌道耦合材料和二維材料等，使得GMR效應(yīng)得到了進(jìn)一步提升。同時(shí)，采用新的納米加工工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使得GMR材料在更廣泛的溫度和磁場(chǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)線性響應(yīng)。2.TMR材料TMR材料是一類由兩個(gè)鐵磁性層夾著一個(gè)非磁性層構(gòu)成的復(fù)合材料，其中一個(gè)鐵磁性層的磁矩與另一個(gè)鐵磁性層的磁矩相互平行或反平行。當(dāng)外部磁場(chǎng)作用于TMR材料時(shí)，非磁性層中的電子由于斯格明子自旋極化，會(huì)引起兩個(gè)鐵磁性層之間電子輸運(yùn)性質(zhì)的巨大變化，從而導(dǎo)致TMR效應(yīng)的產(chǎn)生。目前，TMR材料主要分為傳統(tǒng)TMR材料和磁隧穿自旋過濾材料兩種類型。其中，磁隧穿自旋過濾材料具有更高的TMR值和更好的磁場(chǎng)響應(yīng)，因此在磁場(chǎng)傳感器和磁存儲(chǔ)器等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。三、磁敏傳感器中GMR和TMR材料的應(yīng)用GMR和TMR材料由于其高度的磁敏感性和線性磁場(chǎng)響應(yīng)，在磁敏傳感器中得到廣泛的應(yīng)用。目前，常見的磁敏傳感器包括磁電阻傳感器、磁傳感器陣列、磁阻傳感器和TMR傳感器等。1.磁電阻傳感器磁電阻傳感器是以GMR、TMR和AMR等材料為基礎(chǔ)的傳感器，其原理是基于材料在外部磁場(chǎng)作用下電阻率變化的特性。磁電阻傳感器可應(yīng)用于汽車中的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、鮑爾傳感器、磁存儲(chǔ)器和自旋電子學(xué)等領(lǐng)域。2.磁傳感器陣列磁傳感器陣列是一種由若干個(gè)單獨(dú)的磁敏傳感器組成的傳感器陣列，用于檢測(cè)磁場(chǎng)分布和磁場(chǎng)變化。利用GMR和TMR材料的高度磁敏感性和線性磁場(chǎng)響應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)分布的高精度檢測(cè)，應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)和軍事等領(lǐng)域。3.磁阻傳感器磁阻傳感器是一種利用GMR和TMR材料的線性磁場(chǎng)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)檢測(cè)的傳感器。在磁阻傳感器中，GMR和TMR材料被用作磁阻元件，其電阻隨著外部磁場(chǎng)的變化而改變，從而實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的檢測(cè)。磁阻傳感器主要應(yīng)用于安全控制、機(jī)器視覺和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。4.TMR傳感器TMR傳感器是一種新型的磁敏傳感器，其基本原理與磁電阻傳感器和磁阻傳感器類似，但其使用的是TMR材料。由于TMR材料具有更高的TMR值和更好的磁場(chǎng)響應(yīng)，因此TMR傳感器可以實(shí)現(xiàn)更高的靈敏度和分辨率，可以應(yīng)用于醫(yī)療、安全控制和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。四、結(jié)論GMR和TMR材料是具有高度磁敏感性和線性磁場(chǎng)響應(yīng)的材料，廣泛應(yīng)用于磁敏傳感器、磁存儲(chǔ)器和磁傳輸系統(tǒng)等領(lǐng)域。目前，研究者們正在通過探索新型材料、開