Anizotropní magnetorezistence

Anizotropní magnetorezistence (anizotropní magnetorezistivní efekt) je kvantově mechanický efekt, který spočívá ve změně elektrického odporu feromagnetických drátů v závislosti na jejich orientaci vůči vnějšímu magnetickému poli .

Matematická formulace

Hodnota magnetorezistence je obvykle chápána jako poměr

\delta _{H}={\frac {\rho (H)-\rho (0)}{\rho (H))),

kde je měrný odpor vzorku v magnetickém poli síly [1] [2] . V praxi se používají i alternativní formy záznamu, které se liší znaménkem výrazu a využívají integrální hodnotu odporu [3] . $\rho (H)$ $H$

Teorie

U feromagnetických materiálů, jako je železo , kobalt , nikl a jejich slitiny , závisí elektrický odpor na úhlu mezi směrem magnetizace vzorku a vnějším magnetickým polem. Tato závislost je způsobena magnetickou anizotropií , která se projevuje nerovnoměrností magnetických vlastností tělesa v různých směrech. Důvod pro magnetickou anizotropii spočívá ve spin-orbitální interakci elektronů vedoucí k spinově závislému rozptylu elektronů (koeficient rozptylu pro spiny společně řízené a protisměrné s ohledem na magnetizaci vzorku se bude lišit). Magnetická anizotropie je zvláště vysoká v monokrystalech feromagnetik , kde se projevuje přítomností lehkých magnetizačních os, podél kterých jsou směrovány vektory spontánní magnetizace feromagnetických domén.

V praxi je měrný odpor vzorku v nulovém poli poměrně přesně aproximován závislostí $\rho _{0}$

$\rho _{0}={\frac {1}{3}}\rho _{\parallel }+{\frac {2}{3}}\rho _{\perp },$

kde je měrný odpor, když je vzorek orientován rovnoběžně s magnetickým polem a je k němu kolmý [4] . ${\displaystyle \rho _{\paralelní ))$ ${\displaystyle \rho _{\perp ))$

Účinek je spíše slabý: u feromagnetických materiálů (například permalloyových fólií ) hodnota magnetorezistence při pokojové teplotě nepřekračuje [5] . $2-3\%$

Zásady použití

Anizotropní magnetorezistivní efekt se nejlépe projeví při výrobě citlivého prvku ve formě tenkého pásku s geometrickými rozměry splňujícími podmínku

$d<b\ll L,$

kde je výška, šířka, délka proužku. $d$ $b$ $L$

Za těchto podmínek je odpor pásu dostatečně vysoký a má jednoosou anizotropii. Jednoosá anizotropie se projevuje tím, že se feromagnet fólie chová jako jediná doména, která se vlivem vnějšího magnetického pole otáčí kolem své osy. Tloušťka jedné domény v tomto případě neznamená jednodoménu po celé ploše filmu, i když to v některých případech nevylučuje [6] .

Na úrovni obvodů jsou AMR senzory obvykle čtyři ekvivalentní magnetorezistory vytvořené nanesením tenké vrstvy permalloy na křemíkový plátek ve tvaru čtverce a zapojené do obvodu, který představuje ramena Winstonova měřicího můstku [7] .

Vzhledem k tomu, že v můstkových obvodech jsou magnetorezistory umístěny na stejném společném substrátu a mají stejný teplotní režim činnosti, i přes silnou závislost odporu rezistoru AMR na teplotě mají změny teploty malý vliv na napětí na výstup z mostu.

U rezistorů AMR se s teplotou mění nejen odpor, ale i citlivost, tzn.

$(\vartriangle R/R)/\vartriangle H,$

kde je změna odporu v závislosti na změně síly vnějšího magnetického pole o hodnotu , je jmenovitá hodnota magnetorezistence. $\vartriangle R$ $\vartriangle H$ $R$

S rostoucí teplotou citlivost klesá. Pro snížení této závislosti je NTC termistor zapojen do série se dvěma magnetorezistory různých ramen můstkového obvodu .

Aplikace

Používá se v magnetických senzorech před objevením obřího efektu magnetického odporu . [5]

Viz také

Poznámky

↑ Nikitin S. A. Giant magnetoresistance // Soros Review Journal. - 2004. - T. 8 , č. 2 . - S. 92-98 . (nedostupný odkaz)
↑ E. L. Nagajev. Lanthanové manganity a další magnetické vodiče s obří magnetorezistencí // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Ruská akademie věd , 1996. - T. 166 , č. 8 . - S. 833-858 . - doi : 10.3367/UFNr.0166.199608b.0833 . (Ruština)
↑ Ya. M. Mukovsky. Získávání a vlastnosti materiálů s kolosální magnetorezistencí // Ros. chem. a. - 2001. - T. XLV , č. 5-6 . - S. 32-41 .
↑ Hari Singh Nalwa. Příručka tenkovrstvých materiálů: Nanomateriály a magnetické tenké vrstvy. - Academic Press, 2002. - Sv. 5. - S. 514. - 633 s. — ISBN 9780125129084 .
↑ 1 2 Claude Chappert, Albert Fert a Frederic Nguyen Van Dau. Vznik spinové elektroniky v ukládání dat (anglicky) // Nature Materials : journal. - 2007. - Sv. 6 . - S. 813-823 . - doi : 10.1038/nmat2024 .
↑ Vorobyov A. V. Matematický model anizotropního magnetorezistivního senzoru pro technické výpočty // Bulletin of the Ufa State Aviation Technical University. - 2012. - T. 16 , č. 1 . Archivováno z originálu 17. září 2016.
↑ Howard Mason. Základní úvod do použití magnetorezistivních senzorů (odkaz není k dispozici) . Zetex (září 2003). Získáno 9. září 2016. Archivováno z originálu 17. července 2016. (neurčitý)