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介绍 历史 概念 应用 贡献 心得
介绍
2007年10月,科学界的最高盛典—瑞典 皇家科学院颁发的诺贝尔奖揭晓了.本年 度,法国科学家阿尔贝费尔(右)和德 国科学家彼得格林贝格尔(左)因分别 独立发现巨磁阻效应而共同获得2007年 诺贝尔物理学奖.
介绍
早在1988年,费尔和格林贝格尔就各 自独立发现了这一特殊现象:非常弱小 的磁性变化就能导致磁性材料发生非常 显著的电阻变化.那时,法国的费尔在 铁,铬相间的多层膜电阻中发现,微弱 的磁场变化可以导致电阻大小的急剧变 化,其变化的幅度比通常高十几倍,他 把这种效应命名为巨磁阻效应(Giant Magneto-Resistive,GMR).有趣的 是,就在此前3个月,德国优利希研究 中心格林贝格尔教授领导的研究小组在 具有层间反平行磁化的铁/铬/铁三层膜 结构中也发现了完全同样的现象.
历史:
1988年,法国科学家首先发现了巨磁电阻效应 1992年,美国科学家伯库威兹与肖等人分别发现纳米钻微粒 镶嵌在铜膜中的颗粒膜具有巨磁电阻效应,由此掀起了研究 纳米颗粒膜巨磁电阻效应及其作为重要应用的磁电子学的 热潮 1994年,IBM公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头,将磁 记录密度一下子提高了17倍,从而在与光盘竞争中磁盘重 新处于领先地位 1988和1995年巨磁电阻效应(GMR)和室温隧穿磁电阻 效应(TMR)分别被发现后, 1988和1995年巨磁电阻效 应(GMR)和室温隧穿磁电阻效应(TMR)分别被发现 后,巨磁电阻和磁隧穿电阻材料相继成为磁学,磁电子学, 磁记录材料,磁异质结构材料等领域里的研究热点,特别 是继巨磁电阻效应之后对隧穿磁电阻效应的深入研究,极 大地促进了自旋电子学——这一凝聚态物理新兴学科的发 展和建立

历史:
我国在 1997年的国家自然科学基金项目 中专门把簿膜自旋阀巨磁电阻效应磁头材 料研究列为信息学科中的国家重点资助项 目,薄膜磁电阻材料的研究也列入了材料 学科中的国家重点资助项目 美国政府2000年大幅度追加纳米科技研 究经费,其原因之一是磁电子器件巨大的 市场与高科技所带来的高利润,其中巨磁 电阻效应高密度读出磁头的市场估计为 10亿美元.
概念
所谓巨磁阻效应,是指磁性材料的电 阻率在有外磁场作用时较之无外磁场 作用时存在巨大变化的现象.巨磁阻 是一种量子力学效应,它产生于层状 的磁性薄膜结构.这种结构是由铁磁 材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成. 当铁磁层的磁矩相互平行时,载流子 与自旋有关的散射最小,材料有最小 的电阻.当铁磁层的磁矩为反平行 时,与自旋有关的散射最强,材料的 电阻最大.上下两层为铁磁材料,中 间夹层是非铁磁材料.铁磁材料磁矩 的方向是由加到材料的外磁场控制 的,因而较小的磁场也可以得到较大 电阻变化的材料.
与 "巨磁电阻效应" 相关的 文献总量年度变化规律图
与 "巨磁电阻效应" 相关的文献总量年度变 化规律图
最早的磁头是采用锰铁磁体制成 的,该类磁头是通过电磁感应的方 式读写数据.然而,随着信息技术 发展对存储容量的要求不断提高, 这类磁头难以满足实际需求.因为 使用这种磁头,磁致电阻的变化仅 为1%～2%之间,读取数据要求一 定的强度的磁场,且磁道密度不能 太大,因此使用传统磁头的硬盘最 大容量只能达到每平方英寸20兆位. 硬盘体积不断变小,容量却不断变 大时,势必要求磁盘上每一个被划 分出来的独立区域越来越小,这些 区域所记录的磁信号也就越来越弱.
磁盘片上的磁涂层
应用
巨磁阻技术已经成为全世界几乎所 有电脑,数码相机,MP3播放器的 标准技术. 目前,采用SPIN-VALVE材料研制 的新一代硬盘读出磁头,已经把存 储密度提高到560亿位/平方英寸, 该类型磁头已占领磁头市场的 90% ～95%.随着低电阻高信号 的TMR的获得,存储密度达到了 1000亿位/平方英寸.
应用
在Grünberg最初的工作中他和他领导的 小组只是研究了由铁,铬(Chromium), 铁三层材料组成的样品,实验结果显示电 阻下降了1.5%.而Fert及其同事则研究了 由铁和铬组成的多层材料样品,使得电阻 下降了50%.
应用
2007年9月13日,全球最大的硬盘厂商希捷 科技(Seagate Technology)在北京宣布, 其旗下被全球最多数字视频录像机(DVR) 及家庭媒体中心采用的第四代DB35系列硬 盘,现已达到1TB(1000GB)容量 依靠巨磁阻材料,才使得存储密度在最近几 年内每年的增长速度达到3～4倍.由于磁头 是由多层不同材料薄膜构成的结构,因而只 要在巨磁阻效应依然起作用的尺度范围内, 未来将能够进一步缩小硬盘体积,提高硬盘 容量.

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