磁性材料-課件

“巨磁電阻”效應1997年，第一個基于“巨磁電阻”效應的數(shù)據(jù)讀出頭問世，

1988年，費爾和格林貝格爾各自獨立發(fā)現(xiàn)了一個全新的物理效應——“巨磁電阻”效應

突破了大容量小硬盤制造技術最狹小的瓶頸。費爾和格林貝格爾1988年實驗中利用分子束外延(MBE)技術獲得高質(zhì)量樣品，保證了實驗結(jié)果的準確性和可靠性，分別作出了50%和10%的電阻變化率。

而分子束外延技術是由前貝爾實驗室半導體研究所助理副總裁、華人學者卓以和教授領導的研究小組發(fā)明的。卓以和曾在1993年獲得美國國家科學獎，今年又獲得美國國家技術獎。共同獲得2007年諾貝爾物理學獎。獲獎的原因是先后獨立發(fā)現(xiàn)了一個全新的物理效應-----“巨磁電阻”效應。法國科學家阿爾貝·費爾（AlbertFert）德國科學家彼得·格林貝格爾(PeterGrünberg)“巨磁電阻”GMR效應GMR和TMR的應用

GMR

:1994，IBM推出HDR硬盤讀出頭，記錄密度提高了17倍，5Gb/in2TMR:MRAM原理：磁場控制電阻――磁敏電阻，出現(xiàn)巨磁電阻的唯一必要條件就是近鄰磁集團中的磁矩相對取向在外磁場的作用下可以發(fā)生變化。在一定磁場下兩者從平行排列到反平行排列或從反平行到平行排列，從而引起磁電阻的變化，自旋閥結(jié)構（spinvalve）。

IBM研究中心的Parkin等人采用濺射制備方法系統(tǒng)的研究了鐵磁層和非磁層的多層膜，發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)具有GMR效應。

磁性存儲器硬盤是最主要的磁性存儲器，他利用磁性材料磁矩方向的變化記錄信息磁性記錄位的熱穩(wěn)定性(超順磁效應)的高低決定了硬盤記錄數(shù)據(jù)的準確性，從而決定了硬盤記錄密度的大小。為了降低超順磁效應的影響，需要提高磁記錄顆粒的各向異性以增強熱穩(wěn)定性。同時采用垂直磁記錄的方式減小記錄位的水平尺寸，以提高信息存儲密度。1997年，第一個基于“巨磁電阻”效應的數(shù)據(jù)讀出頭問世，

突破了大容量小硬盤制造技術最狹小的瓶頸。MRAM是一種新型的磁性隨機存儲器，它可以象DRAM一樣高容量，象SRAM一樣高速度，象FLASH一樣非揮發(fā)性

，象硬盤一樣能長期保存數(shù)據(jù)。磁性物質(zhì)中的電荷－自旋輸運各種磁電阻效應*巨磁電阻（GMR）效應――Mott兩流體模型*隧道磁電阻（TMR）效應――Julliere公式*自旋電子學――Schmidt障礙*CMR效應――Zener雙交換模型巨磁電阻（GMR）效應Fert（1988）Fe/Cr超晶格？Grunberg（1986）相鄰磁矩反鐵磁排列MBE優(yōu)質(zhì)材料Mott兩流體模型

(1)N.H.Mott,Proc.Roy.Soc.A153,699(1936)近似：電子與（熱激發(fā)）自旋波散射可以忽略，（低于居里點）只考慮電子與磁性離子自旋間的散射。（s－d散射）約定：與磁矩同方向的電子處于主要子帶（majority）

相反方向自旋電子處于次要子帶（minority）兩流體模型（2）散射過程中沒有自旋反轉(zhuǎn)S↑電子未被d↑（majority）電子散射，對電導貢獻大（d↑在Fermi面沒有狀態(tài))

S↓電子被d↓(minority)電子散射，對電導貢獻小(d↓有效質(zhì)量太大)結(jié)果：電導的自旋相關因子Mott模型和GMR效應(1)Mott模型和GMR效應（2）

按Mott模型（看上圖）1，電子自旋與所在層磁矩相同時，s電子與（Majority）d電子散射弱，

電子自旋與所在層磁矩相反時，s電子與（Minority）d電子散射強。

Mott模型和GMR效應（3）

2，如果，平均自由程（單層厚度）磁電阻比率其中，半導體存儲器半導體PN結(jié)