Отрицательное магнетосопротивление

Отрицательное магнетосопротивление - существенное падение электросопротивления при повышении индукции магнитного поля.

Появление участка отрицательного диферренциального сопротивления связано с изменением роли подвижности и концентрации носителей: при 230-320 К изменение удельного сопротивления обусловлено изменением подвижности носителей, при более высоких температурах – концентрацией.)

Среди эффектов, которые приводят к магнетосопротивлению можно выделить слабую локализацию (это физический эффект, который возникает в беспорядочных электронных системах при низких температурах. Эффект проявляется как положительное добавка к удельному сопротивлению металла или полупроводника.

Эффект имеет квантово-механическую природу и связан с интерференцией электронных волн. В беспорядочной электронной системе, движение электрона не баллистическое (то есть без рассеяния), а диффузионное, когда электрон испытывает множество соударений с примесями и другими дефектами кристаллической решётки.)

Анизотропное магнетосопротивление

Особенностью ферромагнитных материалов является зависимость их электрического сопротивления от угла между направлением движения носителей тока и направлением намагниченности в образце вследствие их взаимодействия.

Эффект является довольно слабым (изменение сопротивления не превышает нескольких процентов), но тем не менее это позволяло использовать его в датчиках магнитного поля до открытия эффекта гигантского магнитного сопротивления.

Гигантское магнетосопротивление

Было экспериментально открыто двумя научными группами под руководством Альбера Фера и Петера Грюнберга независимо друг от друга в 1988 году. За открытие эффекта гигантского магнетосопротивления Феру и Грюнбергу была присуждена Нобелевская премия по физике за 2007 год.

Создание устройств хранения данных, в т.ч. накопителей на жестких магнитных дисках. Увеличилась плотность размещения информации на магнитных дисках в тысячи раз.

Если слои ферромагнетика (железа, Fe) чередуются с тонкими слоями немагнитного металла (хрома, Cr) определенной толщины, то слои ферромагнетика будут чередовать направление намагниченности (слева). Однако если эту структуру поместить в достаточно сильное внешнее поле, то намагниченность всех слоев развернется в одну сторону (справа).

Эффект проявляется в многослойных структурах (сверхрешетках), состоящих из чередующихся ферромагнитных и немагнитных слоев. Подбором толщины немагнитного слоя можно достичь того, что основным состоянием будет антипараллельная направленность намагниченности в соседних магнитных слоях (антиферромагнитная структура). Приложением внешнего магнитного поля можно ориентировать намагниченность параллельно во всех слоях. В этом случае часть электронов будет проходить сквозь структуру рассеиваясь очень слабо.

Явление получило название гигантского магнетосопротивления, поскольку его величина существенно превосходила таковую для известного магнетосопротивления. Явление используется в считывающих головках жестких дисков и сверхчувствительных магнитных сенсорах.