各向異性磁電阻測量Dad一、實驗原理材料的磁電阻和其在磁場中的磁化方向有關(guān)，即磁阻值是其磁化方向與電流方向之間夾角的函數(shù)。外加磁場方向與電流方向的夾角不同，飽和磁化時電阻率不一樣，通常取外磁場方向與電流方向平行和垂直兩種情況測量AMR。即有：??若退磁狀態(tài)下磁疇是各向同性分布的，疇壁散射變化對磁電阻的貢獻較小，將之忽略，通常?。簩τ诖蠖鄶?shù)材料ρ∥>AMR定義為：如果ρ0≠ρav，則說明該樣品在退磁狀態(tài)下有磁疇結(jié)構(gòu)，即磁疇分布非完全各項同性。圖（1）是曾用作磁盤讀出磁頭和磁場傳感器材料的Ni81Fe19的磁電阻曲線，很明顯ρ∥>ρ（０），ρ⊥<二、實驗儀器亥姆霍茲線圈、大功率恒流電源、大功率掃描電源、精密恒流源、數(shù)字萬用表三、實驗注意事項1．經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，多次測量時數(shù)據(jù)會有較大的偏差，因此最好一次性完成完整的測量，即使漏掉個別點也沒關(guān)系，不必反向改變電流找漏掉的點。2．實驗結(jié)束時要將各個電源歸零，關(guān)閉數(shù)字萬用表，因?qū)嶒炛须娏鬏^大，應(yīng)注意安全。3．在記錄過程中，在樣品電壓變化緩慢的區(qū)域，線圈電流可以變化的快一些，在樣品電壓變化快的區(qū)域，線圈電流要緩慢變化。四、實驗內(nèi)容Ａ．方法1.將樣品切成窄條，這在測AMR時是必需的。對磁性合金薄膜，飽和磁化時，樣品電阻率有如下關(guān)系:

其中θ是磁場方向與電流方向的夾角。為保證電流有一確定方向，常用的方法是：（１）將樣品刻成細線，使薄膜樣品的寬度遠遠小于長度。（２）用平行電極，當(dāng)電極間距遠小于電極長度時，忽略電極端效應(yīng)，認(rèn)為兩電極間的電流線是平行的。2.用非共線四探針法測電阻值，如圖12.1-10所示。這種方法當(dāng)數(shù)字微伏表內(nèi)阻很大時，可以忽略探針接觸電阻的影響，已在半導(dǎo)體、鐵氧體、超導(dǎo)體等的電測量中廣泛使用。B.測量測量Ｆｅ-Ｎｉ薄膜的ＡＭＲa.將大功率恒流源與亥姆霍茲線圈連接。b.將樣品裝上四探針夾具，并作如圖12.1-9所示連接。c.將裝好樣品的夾具固定在亥姆霍茲線圈中心，并確保電流方向與磁場方向平行。d.將毫特斯拉計探頭固定在樣品附近。e.確保所有儀器調(diào)整旋鈕均在輸出為零位置，啟動所有測量儀器，預(yù)熱５～１５分鐘，并作校準(zhǔn)。f.調(diào)整精密恒流源輸出，使測量電流（流過樣品的電流）為１～１００ｍＡ范圍內(nèi)的某個確定電流，具體大小視樣品情況與測量儀表精度決定。g.調(diào)節(jié)大功率恒流源輸出電流，從零開始，逐點增大，以改變磁場大小，逐點記錄大功率恒流源輸出電流值、毫特斯拉計顯示的磁場大小、數(shù)字微伏表顯示的電壓值。注意開始時磁場變化的步距要小。h.當(dāng)磁場繼續(xù)增大，微伏表顯示電壓值基本不變時，將大功率恒流源輸出電流逐點減小，仍作上述記錄。i.當(dāng)大功率恒流源輸出電流降到零時，將輸出極性反向。j.再重復(fù)ｇ、ｈ兩步測量、記錄。k.將樣品夾具轉(zhuǎn)９０°固定好，確保電流方向與磁場方向垂直，再重復(fù)ｅ-ｊ步測量、記錄。1.關(guān)閉所有儀器電源，將與亥姆霍茲線圈連接的恒流源換接成大功率掃描電源。將毫特斯拉計輸出端與電腦Ｘ-Ｙ記錄儀的Ｘ輸入端連接，將微伏表的放大輸出端與電腦Ｘ-Ｙ記錄Ｙ輸入端連接，將電腦Ｘ-Ｙ記錄儀控制輸出端與大功率掃描電源控制端連接。m.啟動所有儀器，預(yù)熱５～１５分鐘后，在計算機上啟動自動測量記錄程序，自動測出磁電阻曲線，將樣品夾具轉(zhuǎn)９０°再自動測出另一方向的磁電阻曲線。n.將手動測量記錄的數(shù)據(jù)，繪制Ｒ-Ｈ曲線（橫坐標(biāo)為磁場大小，縱坐標(biāo)為電阻大小）。o.計算出ρａｖ，飽和磁化時間Δρ∥、Δρ⊥以及ＡＭＲ。五、實驗數(shù)據(jù)處理1.磁場與樣品電流平行的情況，由實驗數(shù)據(jù)所得圖像如下：兩條曲線分別對應(yīng)著電流增大和減小兩種情況下的測的電壓隨著電流的變化值。由上圖可以看出，兩條峰并沒有重合，而且峰值并沒有在零點。求平均值可得：ρ∥時電壓為5.364mv，ρ（0）時電壓為5.244mv。2、磁場與樣品電流垂直的情況如下圖：求平均值可得：ρ⊥是電壓為5.140mV，ρ（0）電壓為5.198mV，取ρ（0）電壓平均值為5.221mV。（1）由公式可以算出ρａｖ時的電壓值為5.215mv。（2）Δρ∥=ρ∥-ρ（0）∝0.143mVΔρ⊥=ρ⊥-ρ（0）∝-0.081mv（3）AMR=（0.143+0.081）/5.221=4.3%實驗中由于采用了手動調(diào)節(jié)磁場的大小，通過電流的大小來調(diào)節(jié)磁場，而在調(diào)節(jié)過程中，實驗儀器的精確度和計數(shù)的精確度給實驗帶來了一定的誤差。對于計數(shù)的步距，當(dāng)電壓變化比較小時，步距可以大一些，當(dāng)電流靠近零點時,此時電壓的變化值比較大，因而步距要減小。在調(diào)節(jié)電流的過程中，手最好不要離開旋轉(zhuǎn)按鈕，實驗中發(fā)現(xiàn)手離開的瞬間，電流值由一定的波動，給實驗測量帶來不便。五、思考題（1）測量AMR后計算出的ρ0答：從上面計算結(jié)果上看ρ0和ρav不相同(2)按前述步驟手動測量的磁電阻曲線與自動測量的磁電阻曲線有何異同，為什么？手動測量誤差比較大，而自動測量誤差比較小，由于實驗中并沒有自動測量，曲線差異無法得知。由實驗誤差引起的情況可以看出自動測量的圖形波動沒有那么明顯。在非零點應(yīng)該基本上是一條直線，在零點附近出現(xiàn)峰值。(3)手動測量與自動測量時如何更好的選擇流過樣品的電流的大??？對于選取的電流根據(jù)樣品的的情況和測量儀表的精度所決定，電流值不能太大，否則會引起樣品的發(fā)熱而引起實驗誤差，本實驗中選取的電流值為6mA。(4)測量中如何減小熱效應(yīng)對測量的影響？1.實驗過程不能太長，否側(cè)由電流長時間會引起熱效應(yīng)。2.通過樣品的恒流不能太大，要適中，電流越大，引起的熱效應(yīng)越明顯。3.調(diào)節(jié)磁場電流的值不能太大，最好不