Колоссальное магнетосопротивление
Явление значительного изменения электрического сопротивления в сильном магнитном поле (на тысячи и десятки тысяч процентов). КМС характерно для манганитов, у которых наблюдается обычно отрицательное магнетосопротивление - существенное падение электросопротивления при повышении индукции магнитного поля. Магнитное поле приводит к упорядочению собственных моментов движения носителей заряда (спинов), которые, соответственно, могут легче перемещаться по цепочкам связей внутри структуры или путем туннелирования между микроструктурными элементами.
В отличие от эффекта гигантского магнетосопротивления, здесь не требуется многослойных структур.
Туннельное магнетосопротивление
Магнитный туннельный переход происходит в структуре, состоящей из двух слоев ферромагнетика, разделенных изолятором (обычно это оксид алюминия Al2O3). Причем толщина изолятора так мала (менее 2 нм), что электрон может просачиваться через него - этот процесс называется туннелированием.
Если магнитные моменты смежных слоев направлены параллельно, проводимость магнитного туннельного перехода велика, а если намагниченности антипараллельны, то вероятность туннелирования мала, то есть электросопротивление большое.
Максимальная величина магниторезистивного эффекта, наблюдаемого в таких структурах при комнатной температуре, составляет около 220%.
Структуры с магнитным туннельным переходом применяются в качестве считывающих головок в жестких дисках, а также для создания элементарных ячеек магниторезистивной оперативной памяти (MRAM). MRAM-память выглядит весьма перспективной и многообещающей по сравнению с другими типами энергонезависимой памяти.
Туннельное магнитное сопротивление так же, как и гигантское, наблюдается в многослойных структурах ферромагнитных материалов, где в качестве прослойки между ними используется диэлектрик, через который происходит туннелирование электронов (туннели́рование — преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты барьера. Туннельный эффект — явление исключительно квантовой природы, невозможное и даже полностью противоречащее классической механике.Аналогом туннельного эффекта в волновой оптике может служить проникновение световой волны внутрь отражающей среды) при прохождении электрического тока через образец.
Эффект был открыт Мишелем Жюльером в 1975 году, однако в то время не привлек к себе внимания, так как проявлялся лишь при гелиевых температурах. В настоящее время, после открытия высокотемпературных материалов, позволяющих его наблюдать, датчики на его основе заменили приборы, использующие гигантское магнетосопротивление.
Контрольные вопросы:
Что такое магнетосопротивление?
Ответ: Изменение электрического сопротивления проводника под действием внешнего магнитного поля.
Виды магнетоспротивления по направлению магнитного поля.
Ответ: продольные (ток сонаправлен с маг. полем), поперечные (ток перпендикулярен плоскости магнитного поля)
Причина возникновения магнеторезистивного эффекта.
Ответ: Изменение траектории носителей заряда под действием силы Лоренца.
От чего зависит магнетосопротивление вещества?
Ответ: от свойств проводника (если полупроводник - от примесей) ,подвижности частиц, температуры, от величины магнитной индукции поля, ориентации проводника относительно магнитного поля.
Основное применение.
Ответ: магниторезисторы, измерения магнитных полей, промышленные применения (автоиндустрия) , MR датчик, Датчики измерения угловой координаты , датчики измерения частоты вращения…
Назовите основные виды магнетосопротивления, в чем главная сущность и применение каждого?
Ответ: Отрицательное магнетосопротивление - наблюдается увеличение проводимости при приложении магнитного поля
Анизотропное магнетосопротивление – зависимость у ферромагнетиков их электрического сопротивления от угла между направлением движения носителей тока и направлением намагниченности в образце вследствие спин-орбитального взаимодействия. Эффект является довольно слабым (изменение сопротивления не превышает нескольких процентов)
Гигантское магнетосопротивление - наблюдается в многослойных материалах с чередующимися тонкими слоями ферромагнитных и немагнитных металлов. Сопротивление таких образцов велико, если локальные магнитные поля в ферромагнетиках направлены в противоположные стороны, и минимально, когда спины носителей заряда параллельны. 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.
Колоссальное магнетосопротивление - характерно для манганитов, у которых наблюдается обычно отрицательное магнетосопротивление - существенное падение электросопротивления при повышении индукции магнитного поля.
Магнитное поле приводит к упорядочению спинов (собственные моменты движения ) носителей заряда, которые, соответственно, могут легче перемещаться по цепочкам связей внутри структуры или путем туннелирования между микроструктурными элементами. Материалы с КМС могут быть использованы в виде датчиков магнитного поля .
Туннельное магнетосопротивление - наблюдается в многослойных структурах ферромагнитных материалов, (прослойка между ними - диэлектрик, через который происходит туннелирование электронов при прохождении электрического тока через образец).
Задачи
Задача
1.В отсутствии магнитного поля медный
проводник имеет удельное сопротивление
=0.0171
Ом*
/м.
когда к нему подвели постоянный магнит,
то сопротивление стало равно 0,0837
Ом*
/м.
Относительное изменение удельного
сопротивления ∆p=0,0888* Ом*
/м.
Определить величину угла φ между током
и магнитным полем.
Решение:
Используя
известную формулу для удельного
сопротивления
,
выразим значение искомого угла 𝜑:
;
Ответ: 𝜑=49,1⁰.
Задача
2.
Проводник, имеющий R=100
Ом и площадь поперечного сечения S=0,02
,
поместили в магнитное поле под углом в
45⁰.
При этом изменение удельного сопротивления
составило 0,078 
Ом*м. Найти длину проводника, если
известно, что в начальных условиях
удельное сопротивление составляло 3,4
Ом*м.
Решение :
Известно,
что
.
Из формулы 
выразим ⍴
-> 
.
Из общей фор-лы 
выразим 
:
Подставив
получим 
Ответ
:
=26,4
см.
Задача 3. По графику определить чувствительность магниторезистора, если ∆В составляет 1Тл.
Решение:
магнитная
чувствительность резистора Sм=∆R/∆B.
По графику определяем разницу. В итоге
имеем: 
Ответ: 15
Задача 4. По графику опеределить относительное изменение сопротивления в диапазоне температур [-40;40]⁰С.
Определяем
по графику ординаты относительных
сопротивлений при нужных температурах:
Ответ:
Задача
5. Удельное
сопротивление проводника в магнитном
поле равно 16,075 
Ом*м, определить относительное изменение
удельного магнетосопротивления (
),
если магнит расположен к проводнику
под углом в 60⁰,
а ∆⍴=0,643
Ом*м . Решение :
Так
как 
то в формуле
« 
»
перенесем влево и домножим уравнение
на (
/
)
. получим 
→ 
При
расчете получим 
Ответ
: