大学物理实验：实验6.2磁阻效应实验

磁阻效应实验物理实验中心实验背景（一）磁阻：材料的电阻会因外加磁场而增加或减少，电阻的变化量称为磁阻。物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。磁阻效应是1857年由英国物理学家威廉·汤姆森发现的。它在金属中可以忽略，在半导体中则可能由小到中等。从一般磁阻开始，磁阻发展经历了巨磁阻（GMR）、庞磁阻（CMR）、穿隧磁阻（TMR）、直冲磁阻（BMR）和异常磁阻（EMR）。（二）磁阻应用：目前，磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。磁阻器件的特点：灵敏度高、抗干扰能力强。在众多的磁阻器件中，锑化铟（InSb）传感器最为典型，它是一种价格低廉、灵敏度高的磁阻器件，在生产生活应用广泛。

（三）磁阻分类：若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般情况下，纵向磁感强度不引起载流子偏移，因此一般不考虑纵向磁阻效应。

2007年诺贝尔物理学奖授予来自法国国家科学研究中心的物理学家艾尔伯·费尔和来自德国尤利希研究中心的物理学家皮特·克鲁伯格，以表彰他们发现巨磁阻效应的贡献。

实验目的1.研究磁电阻随磁感应强度变化关系。2.学习数据处理中分段归纳经验公式的方法。实验原理图1霍尔效应

当导体或半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转,在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。霍尔电压与磁场之间的关系如下：（一）霍尔效应与磁阻效应实验原理在霍尔电场和外加磁场的共同作用下，沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，也就是由于磁场的存在,增加了电阻,此现象称为磁阻效应。URIS-eFBFE++++++------Bab图2

磁阻效应如果将图2中a端和b端短路,磁阻效应更明显。实验原理

通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ(0)表示。其中ρ(0)为零磁场时的电阻率，设磁电阻电阻值在磁感应强度为B的磁场的电阻率为ρ(B)，则Δρ=ρ(B)-ρ(0)故（二）磁阻效应的表达式由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R(0)正比于Δρ/ρ(0)，因此在实际测量中，常用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/R(0)来表示磁阻效应的大小.ΔR=R(B)-R(0)即（三）磁阻效应的两种情况（1）物理磁阻效应

——ρ的增大而引起R的增大如图，半导体内的载流子将受到洛仑兹力的作用而发生偏转，在A、B两端产生电荷积聚，因而产生霍尔电场。如果霍尔电场作用和某一速度的载流子所受洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场CD方向运动的载流子数目将减少，使CD方向的电阻增大，表现横向磁阻效应。在本实验中，将待测的锑化铟（InSb）传感器A、B端短接，去除霍尔电场，因而所有电子将向A端偏转，使电阻变得更大，因而磁阻效应加强。

（三）磁阻效应的两种情况（2）几何磁阻效应

——l或s改变而引起R的增大磁阻效应也与样品的形状有关，不同几何形状的样品，在同样大小的磁场作用下，其电阻变化不同，此现象称为几何磁阻效应。即样品电阻的增加，是由于l增长或s减小引起的。必须注意，l指的是载流子运动的实际路程。图3磁阻效应曲线实验原理（四）磁阻效应曲线（1）外加磁场较弱时，电阻相对变化率与磁感应强度B的平方成正比；（2）强磁场时，电阻相对变化率与磁感应强度B成正比；（3）当外加磁场超过特定值时，电阻相对变化率与磁感应强度B的响应会趋于饱和。实验仪器VAA—1电压测量双路恒流电源MR-1型磁阻效应实验仪MR—1磁电阻效应实验装置实验内容1、测量磁电阻随磁感应强度变化关系

2、根据图线，将图线分为两部分，用最小二乘法分别求出每部分的函数表达式与相关系数。1.不要在实验仪器附近放置具有磁性的物品.注意事项2.加电前必须保证测试仪的调节和调节旋钮均置零位(即逆时针旋到底)。工作电流不超过1mA。3.严禁在励磁线圈加电后插拔励磁电流连线!

因为此时会有极强的感应电压,可能损坏仪器.如须插拔励磁电流连线,应将励磁电流调至最小,再关闭电源,才可进行插拔!实验报告基本要求：字迹清晰，文理通顺，图表正确，数据完备和结论明确实验报告内容包括：（1）实验名称（2）实验目的（3）实验原理：原理图、电路图、主要计算公式（4）数据处理：原始数据重新列表并计算处理（5）实验结论：阐述得到的规律特征及分析*（6）误差分析（7）签字数据*巨磁阻效应（附加材料）所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有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。巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研制硬磁盘的数据读出头（ReadHea