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GMR的原理-韦克威-量子力学的宏观应用

2020-10-17 18:12:32 韦克威科技

GMR的量子力学

     要了解GMR在原子水平上是如何工作的,请考虑以下类比:如果一个人在两组转动相同方向的滚子(类似于平行自旋对齐的磁性层)之间抛出一个球(类似于传导电子),则该球往往会顺利进行。但是,如果上下滚轮的旋转方向相反,则球会弹起并飞散。可替代地,可以将GMR效应与通过偏振器的光进行比较。当偏振器对准时,光会通过。当它们的光轴相对旋转时,光被阻挡。

     金属的电阻取决于其导电电子的平均自由程,在GMR器件中,其取决于自旋方向。在铁磁材料中,传导电子的自旋与铁磁体的磁矩平行时会自旋向上,反之则自旋。在非磁性导体中,在所有能带中都有相同数量的自旋向上和自旋向下电子。由于铁磁交换相互作用,在导带中自旋向上和自旋向下的电子数量之间存在差异。量子力学指出,电子进入铁磁导体时被散射的概率取决于其自旋方向。通常,具有与铁磁体中大多数自旋对准的自旋的电子将进一步传播而不会被散射。

GMR的原理

     在GMR自旋电子器件中,第一磁性层使电子自旋极化。如果第二层的力矩与偏振片的力矩不对齐,则第二层会强烈散射自旋。如果第二层的力矩对齐,则允许旋转通过。因此,电阻根据磁性层的力矩是平行的(低电阻)还是反平行的(高电阻)而变化。

    最佳的层厚度可增强磁性层的反平行耦合,这对于在不施加磁场时将传感器保持在高电阻状态是必不可少的。当外部磁场克服反平行耦合时,磁性层中的力矩会对齐并减小电阻。但是,如果这些层的厚度不合适,则耦合机制会通过在磁性层之间造成铁磁耦合来破坏GMR效应。

    为了使自旋相关的散射成为总电阻的重要组成部分,这些层必须比大多数自旋电子材料中电子的平均自由程薄(至几纳米)。典型的GMR医疗传感器具有大约3 nm(或十分之一英寸的英寸)厚的导电层。作为参考,其少于10个原子层的铜,并且小于一张薄纸的厚度的千分之一。


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李工:18576410868



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