巨磁阻效應(yīng)（Giant Magnetoresistance，縮寫：GMR）是一種量子力學(xué)和凝聚體物理學(xué)現(xiàn)象，磁阻效應(yīng)的一種，可以在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層（幾個(gè)納米厚）結(jié)構(gòu)中觀察到。

 

 

物質(zhì)在一定磁場(chǎng)下電阻改變的現(xiàn)象，稱為“磁阻效應(yīng)”，磁性金屬和合金材料一般都有這種磁電阻現(xiàn)象，通常情況下，物質(zhì)的電阻率在磁場(chǎng)中僅產(chǎn)生輕微的減小；在某種條件下，電阻率減小的幅度相當(dāng)大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值約高10余倍，稱為“巨磁阻效應(yīng)”（GMR）；而在很強(qiáng)的磁場(chǎng)中某些絕緣體會(huì)突然變?yōu)閷?dǎo)體，稱為“超巨磁阻效應(yīng)”（CMR）。

 

如右圖所示，左面和右面的材料結(jié)構(gòu)相同，兩側(cè)是磁性材料薄膜層（藍(lán)色），中間是非磁性材料薄膜層（橘色）。

 

左面的結(jié)構(gòu)中，兩層磁性材料的磁化方向相同。

 

當(dāng)一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相同的電子通過(guò)時(shí)，電子較容易通過(guò)兩層磁性材料，都呈現(xiàn)小電阻。

 

當(dāng)一束自旋方向與磁性材料磁化方向都相反的電子通過(guò)時(shí)，電子較難通過(guò)兩層磁性材料，都呈現(xiàn)大電阻。這是因?yàn)殡娮拥淖孕较蚺c材料的磁化方向相反，產(chǎn)生散射，通過(guò)的電子數(shù)減少，從而使得電流減小。

 

右面的結(jié)構(gòu)中，兩層磁性材料的磁化方向相反。

 

當(dāng)一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相同的電子通過(guò)時(shí)，電子較容易通過(guò)，呈現(xiàn)小電阻；但較難通過(guò)第二層磁化方向與電子自旋方向相反的磁性材料，呈現(xiàn)大電阻。

 

當(dāng)一束自旋方向與第一層磁性材料磁化方向相反的電子通過(guò)時(shí)，電子較難通過(guò)，呈現(xiàn)大電阻；但較容易通過(guò)第二層磁化方向與電子自旋方向相同的磁性材料，呈現(xiàn)小電阻。

 

 

 

1、巨磁電阻效應(yīng)來(lái)自于載流電子的不同自旋狀態(tài)與磁場(chǎng)的作用不同，因而導(dǎo)致電阻值的變化。

 

2、如圖所示，多層GMR 結(jié)構(gòu)中，無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，上下兩層鐵磁膜的磁矩是反平行耦合的。在足夠強(qiáng)的外磁場(chǎng)作用下，鐵磁膜的磁矩方向都與外磁場(chǎng)方向一致，外磁場(chǎng)使兩層鐵磁膜從反平行耦合變成了平行耦合。

 

 

 

巨磁阻效應(yīng)在高密度讀出磁頭、磁存儲(chǔ)元件上有著廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的磁區(qū)越來(lái)越小，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)密度越來(lái)越大，這對(duì)讀寫磁頭提出更高的要求。巨磁阻物質(zhì)中電流的增大與減小，可以定義為邏輯信號(hào)的0與1，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性存儲(chǔ)裝置的讀取。巨磁阻物質(zhì)可以將用磁性方法存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，以不同大小的電流輸出，并且即使磁場(chǎng)很小，也能輸出足夠的電流變化，以便識(shí)別數(shù)據(jù)，從而大幅度提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的密度。

 

巨磁阻效應(yīng)被成功地運(yùn)用在硬盤生產(chǎn)上。1994年，IBM公司研制成功了巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭，將磁盤記錄密度提高了17倍，從而使得磁盤在與光盤的競(jìng)爭(zhēng)中重新回到領(lǐng)先地位。目前，巨磁阻技術(shù)已經(jīng)成為幾乎所有計(jì)算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和MP3播放器等的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

 

利用巨磁電阻物質(zhì)在不同的磁化狀態(tài)下具有不同電阻值的特點(diǎn)，還可以制成磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM），其優(yōu)點(diǎn)是在不通電的情況下可以繼續(xù)保留存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

 

除此之外，巨磁阻效應(yīng)還應(yīng)用于微弱磁場(chǎng)探測(cè)器。