正常磁电阻效应实验.docx

正常磁电阻效应--1153605程峰林 物理科学与工程学院磁电子学是基于电子传导和磁性之间的关联效应，通过磁场实现对输运特性进行调制的一门新兴学科，磁电阻效应则是磁电子学的主要研究内容之一。与霍尔效应类似，在通有电流的金属或半导体上施加磁场，其电阻值将发生明显的变化，这种现象称为磁阻效应，也称为磁电阻效应（MR）。磁阻效应最初是于1856年英国物理学家威廉·汤姆森（William Thomson）发现的，在一般的材料中，电阻的变化通常小于5%，这样的效应后来被称为Ordinary Magneto Resistance，而后在1988年法国和德国物理学家分别发现了Giant Magneto Resistance，逐渐在磁记录领域表现出巨大的应用潜力，也因此逐步成为了凝聚态物理的研究热点。【实验目的】了解磁阻传感器的工作原理；研究磁阻元件InSb与磁场强度变化的关系；【实验原理】如下图所示，通以电流的导体或半导体处于磁场中时，运动着的载流子将受到洛伦兹力的作用而发生偏转，在两端产生积聚电荷并形成横向电场，这样一来载流子的运动轨迹将发生改变，导致电子碰撞的几率增加，电阻率增大，这就是磁阻效应的微观解释。通常用电阻率的相对该变量来表示磁阻的大小，即表示，是零磁场时候的电阻率。同时因为电阻值和电阻率之间的正比关系，也可以用磁阻传感器的电阻值相对改变量来表示。正常的磁阻效应包括物理磁阻效应和几何磁阻效应。物理磁阻效应：由霍尔效应原理可知，在上图情况下达到平衡的电子速度是： (1)当电子运动速度时，电子将会沿着洛伦兹力的方向偏转，使得外加电场方向的电流密度减小，从而引起电阻值的变化，这种现象称之为物理磁阻效应。可用下式表示： (2)上式中表示空穴霍尔迁移率。更严格的实验证明：处于弱磁场中，磁阻元件电阻变化率;处于强磁场中，磁阻元件电阻变化率;在无限大的磁场中，电阻率趋于饱和。几何磁阻效应：在相同的磁场中，由于磁阻元件的几何形状不同而产生的电阻值不同的现象称之为几何磁阻效应。近似的情况下，引入形状系数g以后，可将（2）式改写如下： (3)g和材料的长、宽以及霍尔角有关。【实验仪器】MR-2型磁阻效应实验仪、数字万用表【实验内容与步骤】1、测量电磁铁励磁电流Im与电磁铁气隙中磁感应强度B的关系（磁化曲线）：1）连接试验仪传感器接口，通电后预热10min，调零至毫特仪显示0.0mT；2）输入电磁铁励磁电流，并逐步增大励磁电流，记录相应的磁感应强度值；3）绘制Im-B关系曲线，并用最小二乘法做曲线拟合。2、测量磁感应强度和磁电阻大小的关系：1）按要求连接实验线路；2）由测量电路两端的电压值和电流值算出当前磁阻传感器电阻值大小，同时通过控制励磁电流大小可以改变磁感应强度的大小；3）求出和B的关系。绘制和B的关系曲线，并在弱磁场和强磁场条件下分别进行曲线拟合，判断实验磁阻传感器的工作范围。【注意事项】不可将励磁电流Im接入实验样品接线端；须小心放置试验样品与电磁铁气隙中，避免与电磁铁相碰撞；不宜外接传感器电源，因为试验样品不耐冲击电流；开机10min后方可进行试验；实验装置附近不宜放置铁磁物品。【数据处理】测量电磁铁励磁电流Im与电磁铁气隙中磁感应强度B的关系（磁化曲线）：Im/mA50100150200250300350400B/mT21.843.966.188.8111.5134.0156.9180.0……450500550600650700750800202.8225.7248.4271.1293.9316.5338.9360.9用最小二乘法线性拟合曲线如下：拟合参数如下：[2012/11/18 22:42 /Graph1 (2456249)]Linear Fit for Data1_C on linearized scales.yscale(Y) = A + B * xscale(X)where scale() is the current axis scale function.ParameterValueError------------------------------------------------------------A-1.6750.22049B0.454124.56053E-4------------------------------------------------------------RSDNP------------------------------------------------------------0.99999000012、测量磁感应强度和磁电阻大小的关系：记录磁阻传感器两端电流值和电压值以及磁感应强度如下（80组）：测量点