磁电阻测量.docx

磁电阻测量谢林洲 131120190实验目的（１）初步了解磁性合金的AMR，多层膜的GMR，掺碱土金属稀土锰氧化物的CMR。（２）初步掌握室温磁电阻的测量方法。实验原理一般所谓磁电阻是指在一定磁场下材料电阻率改变的现象。通常将磁场引起的电阻率变化写成,其中和分别表示在磁场H中和无磁场时的电阻率。磁电阻的大小常表示为：其中可以是或。绝大多数非磁性导体的MR都很小，约为，磁性导体的MR最大为，且电阻率的变化与磁场方向与导体中电流方向的夹角有关，即具有各向异性，称之为各向异性磁电阻，简记为AMR。一些磁性金属和合金的ＡＭＲ与技术磁化相对应，即与从退磁状态到趋于磁饱和的过程相应的电阻变化。外加磁场方向与电流方向的夹角不同，饱和磁化时电阻率不一样，即有各向异性。通常取外磁场方向与电流方向平行和垂直两种情况测量ＡＭＲ。即有Δρ∥＝ρ∥－ρ（０）及Δρ⊥＝ρ⊥－ρ（０）。若退磁状态下磁畴是各向同性分布的，畴壁散射变化对磁电阻的贡献较小，将之忽略，则ρ（０）与平均值ρav＝１／３（ρ∥＋２ρ⊥）相等。大多数材料ρ∥＞ρ（０），故ＡＭＲ常定义为如果ρ０≠ρav，则说明该样品在退磁状态下有磁畴织构，即磁畴分布非完全各向同性。图12.1-3是曾用作磁盘读出磁头和磁场传感器材料的Ni81Fe19的磁电阻曲线，很明显，，各向异性明显。图中的双峰是材料的磁滞引起的。图12.1-4是一些铁磁金属与合金薄膜的各向异性磁电阻曲线。三、实验仪器亥姆霍兹线圈、电磁铁、特斯拉计、毫特斯拉计、大功率恒流电源、大功率扫描电源、精密恒流源、数字微伏表、双路ＡＤＣ数据采集卡及软件，计算机，四探针样品夹具。四、实验内容Ａ．方法1.将样品切成窄条，这在测AMR时是必需的。对磁性合金薄膜，饱和磁化时，样品电阻率有如下关系:???????????????????????????????????????????????????其中θ是磁场方向与电流方向的夹角。为保证电流有一确定方向，常用的方法是：（１）将样品刻成细线，使薄膜样品的宽度远远小于长度。（２）用平行电极，当电极间距远小于电极长度时，忽略电极端效应，认为两电极间的电流线是平行的。2.用非共线四探针法测电阻值，如图12.1-10所示。这种方法当数字微伏表内阻很大时，可以忽略探针接触电阻的影响，已在半导体、铁氧体、超导体等的电测量中广泛使用。B.测量1.测量Ｆｅ-Ｎｉ薄膜的ＡＭＲa.将大功率恒流源与亥姆霍兹线圈连接。b.将样品装上四探针夹具，并作如图12.1-10所示连接。c.将装好样品的夹具固定在亥姆霍兹线圈中心，并确保电流方向与磁场方向平行。d.将毫特斯拉计探头固定在样品附近。e.确保所有仪器调整旋钮均在输出为零位置，启动所有测量仪器，预热５～１５分钟，并作校准。f.调整精密恒流源输出，使测量电流（流过样品的电流）为１～１００ｍＡ范围内的某个确定电流，具体大小视样品情况与测量仪表精度决定。g.调节大功率恒流源输出电流，从零开始，逐点增大，以改变磁场大小，逐点记录大功率恒流源输出电流值、毫特斯拉计显示的磁场大小、数字微伏表显示的电压值。注意开始时磁场变化的步距要小。h.当磁场继续增大，微伏表显示电压值基本不变时，将大功率恒流源输出电流逐点减小，仍作上述记录。i.当大功率恒流源输出电流降到零时，将输出极性反向。j.再重复ｇ、ｈ两步测量、记录。k.将样品夹具转９０°固定好，确保电流方向与磁场方向垂直，再重复ｅ-ｊ步测量、记录。l.关闭所有仪器电源.m.将手动测量记录的数据，绘制Ｒ-Ｈ曲线（横坐标为磁场大小，纵坐标为电阻大小）。n.计算出ρａｖ，饱和磁化时间Δρ∥、Δρ⊥以及ＡＭＲ。五、实验数据当样品与磁场平行时，得到数据绘制成如下曲线：从图中可以读到由图中可知，两个谷的值为5.674mV和5.653mV，完全磁化时为5.810mV、5.834mV、5.786mV和5.810mV，分别取平均得：由图中可知，两个峰的值为5.714mV和5.701mV，完全磁化时为5.659mV、5.645mV、5.644mV和5.621mV，分别取平均得：所以在本次试验中：数据分析：1、在理想情况下，双峰或双谷应关于原点对称，但在该实验中，双峰和双谷关于原点有明显的偏移，这可能由样品的磁滞回线不对称引起，也可能由仪器的系统误差引起。2、其次我们发现第一次的峰值（谷值）总是比第二次的峰值（谷值）小，这是因为随着测量时间的推移，测得的磁电阻曲线有明显向高电阻方向移动的趋势。这是由于样品通电后会产生焦耳热，随着时间的推移，样品温度逐渐升高，电阻率变大。由于第一次测量取点较多，时间较长，可以看出，其两次峰值的差也较多，与理论符合。3、两次实验开始和最终的饱和电压值都不一样，这也有可能是因为磁滞的缘故还有可能是因为材料在此电压下还没有能达到饱和状态。更大的影响