Русская Википедия:Анизотропное магнетосопротивление
Анизотро́пное магнетосопротивле́ние (анизотропный магниторезистивный эффект) — квантовомеханический эффект, заключающийся в изменении электрического сопротивления ферромагнитных проволок в зависимости от их ориентации относительно внешнего магнитного поля.
Математическая формулировка
Под величиной магнитосопротивления обычно понимают отношение
- <math>\delta_H = \frac{\rho(H)-\rho(0)}{\rho(H)},</math>
где <math>\rho(H)</math> — удельное сопротивление образца в магнитном поле напряженностью <math>H</math>[1][2]. На практике также применяются альтернативные формы записи, отличающиеся знаком выражения и использующие интегральное значение сопротивления[3].
Теория
В ферромагнитных материалах наподобие железа, кобальта, никеля и их сплавов электрическое сопротивление зависит от угла между направлением намагниченности образца и внешним магнитным полем. Данная зависимость обусловлена магнитной анизотропией, которая проявляется в неодинаковости магнитных свойств тела по различным направлениям. Причина магнитной анизотропии заключается в спин-орбитальном взаимодействии электронов, приводящем к спин-зависимому рассеянию электронов (коэффициент рассеяния для спинов сонаправленных и противонаправленных по отношению к намагниченности образца будет различный). Особенно велика магнитная анизотропия в монокристаллах ферромагнетиков, где она проявляется в наличии осей лёгкого намагничивания, вдоль которых направлены векторы самопроизвольной намагниченности ферромагнитных доменов.
На практике удельное сопротивление образца в нулевом поле <math>\rho_0</math> достаточно точно аппроксимируется зависимостью
<math>\rho_0 = \frac{1}{3}\rho_\parallel + \frac{2}{3}\rho_\perp,</math>
где <math>\rho_\parallel</math> — удельное сопротивление при ориентации образца параллельно магнитному полю, а <math>\rho_\perp</math> — перпендикулярно ему[4].
Эффект достаточно слабый: в ферромагнитных материалах (например, плёнках пермаллоя) величина магнетосопротивления при комнатной температуре не превышает <math>2-3\%</math> [5].
Принципы использования
Анизотропный магниторезистивный эффект лучше всего проявляется при изготовлении чувствительного элемента в виде тонкой полоски с геометрическими размерами, которые удовлетворяют условию
<math>d<b\ll L,</math>
где <math>d</math> — высота, <math>b</math> — ширина, <math>L</math> — длина полоски.
При выполнении данного условия сопротивление полоски достаточно велико и она имеет одноосную анизотропию. Одноосная анизотропия проявляется в том, что ферромагнетик плёнки ведет себя подобно единственному домену, который под воздействием внешнего магнитного поворачивается вокруг своей оси. При этом однодоменность по толщине не означает однодоменности по всей площади плёнки, хотя в некоторых случаях и не исключает этого [6].
На схемотехническом уровне АМР датчики обычно представляют собой четыре эквивалентных магниторезистора, сформированных путём осаждения тонкого слоя пермаллоя на кремниевую пластину в форме квадрата и соединённых по схеме, представляющей из себя плечи измерительного моста Уинстона [7].
Ввиду того, что в мостовых схемах магниторезисторы расположены на одной общей подложке и имеют одинаковый температурный режим работы, несмотря на сильную зависимость сопротивления АМР-резистора от температуры, изменение температуры незначительно влияет на напряжение на выходе моста.
У АМР-резисторов от температуры изменяется не только сопротивление, но и чувствительность, т.е.
<math> (\vartriangle R/R)/\vartriangle H,</math>
где <math>\vartriangle R</math>— изменение сопротивления в зависимости от изменения напряженности внешнего магнитного поля на величину<math>\vartriangle H</math>, <math>R</math> — номинальное значение магнетосопротивления.
С ростом температуры чувствительность уменьшается. Для уменьшения этой зависимости последовательно с двумя магниторезисторами разных плеч мостовой схемы включают терморезистор с отрицательным ТКС.
Применение
Использовался в магнитных сенсорах до открытия эффекта гигантского магнитного сопротивления.[5]
См. также
- Спинтроника
- Гигантское магнитное сопротивление
- Колоссальное магнитное сопротивление
- Туннельное магнитное сопротивление
Примечания
