多层膜巨磁电阻特性及电流最佳测量

姚 志，孙继忠，李建东

（大连理工大学物理与光电工程学院，辽宁大连116024）

1 引 言

1986年德国P.Grunberg采用纳米技术，对Fe／Cr／Fe 3层膜结构进行实验研究发现，在两铁磁层之间存在反铁磁耦合作用[1].1988年法国A.Fert的研究小组将Fe和Cr交替制成多层超晶格薄膜，发现了外磁场引起材料的电阻变化率十分明显即巨磁电阻（giant magnetoresistance，简称GMR）效应[2].GMR效应的发现，导致了新的自旋电子学的创立.目前，GMR传感器已经得到了广泛的应用[3－4]，基于GMR效应的相关物理实验也在大学物理实验教学中得到开展[5－6].但由于不同方向外磁场以及不同环境温度对GMR器件的特性影响如何报道不多，同时GMR传感器测量电流时，有时需要加磁偏置，而如何选择磁偏置使测量效果最佳也十分重要.为此，笔者对多层膜GMRAA002在不同方向磁场和温度下的磁阻特性进行了实验研究和分析，并且通过GMRAA002在不同磁偏置时对导线电流的测量，给出了电流测量效果最佳的磁偏置，从而为学生开展GMR的综合性和研究性实验提供了有益的指导和参考.

2 原 理

2.1 GMR效应

GMR效应可以由N.F.Mott的两电流模型[7]给出相应解释.根据Mott理论，铁磁材料的传导电子可分为自旋向上和自旋向下的2类电子，2类自旋电子在2个近似独立的通道内输运，总电流为两通道的电流之和，总电阻为两通道的并联电阻.在多层膜Fe／Cr中，传导电子在不同外磁场作用下的运动情况不同，图1（a）为无外加磁场时电子的运动状态.图中顶层和底层为铁磁层，中间层为非铁磁层.相邻磁层的磁矩反平行排列，磁层内电子的自旋磁矩相对磁层磁矩为平行和反平行状态.电子自旋磁矩与磁层磁矩平行的电子受到的散射弱，其平均自由程长，电阻率低；……