各向異性磁電阻測量Dad一、實(shí)驗(yàn)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(shí)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(xiàn)較小，將之忽略，通常?。簩τ诖蠖鄶?shù)材料ρ∥>AMR定義為：如果ρ0≠ρa(bǔ)v，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(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多次測量時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)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(gè)別點(diǎn)也沒關(guān)系，不必反向改變電流找漏掉的點(diǎn)。2．實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)要將各個(gè)電源歸零，關(guān)閉數(shù)字萬用表，因?qū)嶒?yàn)中電流較大，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(shí)驗(yàn)內(nèi)容Ａ．方法1.將樣品切成窄條，這在測AMR時(shí)是必需的。對磁性合金薄膜，飽和磁化時(shí)，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(xì)線，使薄膜樣品的寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于長度。（２）用平行電極，當(dāng)電極間距遠(yuǎn)小于電極長度時(shí)，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(shí)，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(jì)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(dòng)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(gè)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(diǎn)增大，以改變磁場大小，逐點(diǎn)記錄大功率恒流源輸出電流值、毫特斯拉計(jì)顯示的磁場大小、數(shù)字微伏表顯示的電壓值。注意開始時(shí)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(shí)，將大功率恒流源輸出電流逐點(diǎn)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(shí)，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(jì)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(dòng)所有儀器，預(yù)熱５～１５分鐘后，在計(jì)算機(jī)上啟動(dòng)自動(dòng)測量記錄程序，自動(dòng)測出磁電阻曲線，將樣品夾具轉(zhuǎn)９０°再自動(dòng)測出另一方向的磁電阻曲線。n.將手動(dòng)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?。?。o.計(jì)算出ρａｖ，飽和磁化時(shí)間Δρ∥、Δρ⊥以及ＡＭＲ。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.磁場與樣品電流平行的情況，由實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。求平均值可得：ρ∥時(shí)電壓為5.364mv，ρ（0）時(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)中由于采用了手動(dòng)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(shí)驗(yàn)儀器的精確度和計(jì)數(shù)的精確度給實(shí)驗(yàn)帶來了一定的誤差。對于計(jì)數(shù)的步距，當(dāng)電壓變化比較小時(shí)，步距可以大一些，當(dāng)電流靠近零點(diǎn)時(shí),此時(shí)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(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)手離開的瞬間，電流值由一定的波動(dòng)，給實(shí)驗(yàn)測量帶來不便。五、思考題（1）測量AMR后計(jì)算出的ρ0答：從上面計(jì)算結(jié)果上看ρ0和ρa(bǔ)v不相同(2)按前述步驟手動(dòng)測量的磁電阻曲線與自動(dòng)測量的磁電阻曲線有何異同，為什么？手動(dòng)測量誤差比較大，而自動(dòng)測量誤差比較小，由于實(shí)驗(yàn)中并沒有自動(dòng)測量，曲線差異無法得知。由實(shí)驗(yàn)誤差引起的情況可以看出自動(dòng)測量的圖形波動(dòng)沒有那么明顯。在非零點(diǎn)應(yīng)該基本上是一條直線，在零點(diǎn)附近出現(xiàn)峰值。(3)手動(dòng)測量與自動(dòng)測量時(shí)如何更好的選擇流過樣品的電流的大?。繉τ谶x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(huì)引起樣品的發(fā)熱而引起實(shí)驗(yàn)誤差，本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過程不能太長，否側(cè)由電流長時(shí)間會(huì)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