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巨磁电阻效应与自旋电子学

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-05-17

  福建师范大学物理与光电信息科技学院法国科学家阿尔贝费尔和德国科学家彼得格林贝格尔因发现巨磁电阻 效应而荣获2007年诺贝尔物理学奖。据悉,巨磁电阻效应相关技术被用于 读取硬盘中数据,这项技术是最近几年硬盘小型化实现过程中的关键。 瑞典斯德科尔摩皇家科学院发布的颁奖声明称,阿尔贝费尔和彼得格 林贝格尔1988年各自独立发现了一种全新的物理效应-巨磁电阻效应,即一 个微弱的磁场变化可以在巨磁电阻系统中产生很大的电阻变化。该系统非 常有助于从硬盘中读取数据,因为机器在读取数据时必须把用磁记录的信 息转换成电流。随着这项发现公布,一些研究者和工程师开始在制作读取 头中加以应用,1997年首个应用巨磁电阻效应的读取头研制成功,很快成 为标准技术,即便今天最新的读取技术也均由巨磁电阻效应发展而来。 阿尔贝费尔1938年3月7日出生于法国的卡尔卡松, 已婚并有两个孩子。1962年,费尔在巴黎高等师范学院获 数学和物理硕士学位。1970年,费尔从巴黎第十一大学获 物理学博士学位。 阿尔贝费尔目前为巴黎第十一大学物理学教授。费尔 从1970年到1995年一直在巴黎第十一大学固体物理实验室 工作。后任研究小组组长。1995年至今则担任国家科学研 究中心-Thales 集团联合物理小组科学主管。1988年,费 尔发现巨磁电阻效应,同时他对自旋电子学作出过许多贡 费尔在获得诺贝尔奖之前已经取得多种奖项,包括1994年获美国物理学会颁发的新材料国际奖,1997年获欧 洲物理协会颁发的欧洲物理学大奖,以及2003年获法国国 家科学研究中心金奖。 德国科学家彼得格林贝格尔1939年5月18日出 生。从1959年到1963年,格林贝格尔在法兰克福 约翰-沃尔夫冈-歌德大学学习物理,1962年获得中 级文凭,1969年在达姆施塔特技术大学获得博士学 1988年,格林贝格尔在尤利西研究中心研究并发现巨磁电阻效应;1992年被任命为科隆大学兼任 教授;2004年在研究中心工作32年后退休,但仍 在继续工作。 格林贝格尔在学术方面获奖颇丰,包括1994年 获美国物理学会颁发的新材料国际奖(与阿尔贝费 尔、帕克林共同获得);1998年获由德国总统颁发 的德国未来奖;2007年获沃尔夫基金奖物理奖(与 阿尔贝费尔共同获得)。 1997年,第一个基于“巨磁电阻”效应的数 据读出头问世,并很快引发了硬盘的“大容量、 小型化”革命。如今,笔记本电脑、音乐 播放 器等各类数码电子产品中所装备的硬盘,基本上 都应用了“巨磁电阻”效应,这一技术已然成为 新的标准。 瑞典皇家科学院的公报介绍说,另外一项发 明于上世纪70年代的技术,即制造不同材料的超 薄层的技术,使得人们有望制造出只有几个原子 厚度的薄层结构。由于数据读出头是由多层不同 材料薄膜构成的结构,因而只要在“巨磁电阻” 效应依然起作用的尺度范围内,科学家未来将能 够进一步缩小硬盘体积,提高硬盘容量。 小硬盘中的大发现——“巨磁电阻”效应 88年,磁性多层膜的巨磁电阻效应92年,颗粒膜的巨磁电阻效应 93年,掺杂氧化物的巨磁电阻效应 94年,磁性随机存储器 95年,自旋电子学-- 一门新兴学科的诞生 自旋电子的发展94- (MR)比半导体和金属合金磁性传感器性能更优 异,稳定性更好. MR灵敏度高 是实现新型超高密度磁记录的关键技术 MR 灵敏度高 是实现新型超高密度磁记录的关键技术 (MR)比半导体和金属合金磁性传感器性能更优 异,稳定性更好. MR灵敏度高 是实现新型超高密度磁记录的关键技术 MR94- Writing 记录单元 2、磁电阻式 1、电容式 go… go… 半导体随机存储器 Write 结构图:原理图: 记录介质 介质 介质 电极1 电极2 介质 自旋电子材料一个重要应用结构: 原理: 记录介质 不同电子自旋排列表示“0”和“1” Write FM(Co(001))NM(Cu(001)) (Al-O) FM(Ni-Fe) 自旋电子材料的重要效应:自旋相关散射(磁电阻效应) 上下自旋平行时电子容易通过--低电阻态 上下自旋反平行时电子被散射—高电阻态 M.N. Baibich et al., Phys. Rev. Lett. 61, 2472 (1988). CMR、铁氧体、半金属氧化物嵌于CMR、半金属材料、磁性半导体的磁性 原子团的自旋相关隧穿 95 100 105 110 115 12 13 14 15 16 90 95 100 105 110 13 14 15 16 17 FMMAFI CMR100 150 200 250 300 350 400 450 1012 14 16 MR,Ca 1.0 Ba 0.0 MR,Ca 0.6 Ba 0.4 MR,Ca 0.0 Ba 1.0 MR,Sr 0.5 Ba 0.5 Ca0.6 Ba 0.4 1020 30 40 50 **磁性多层膜与磁性超晶格Fe/Cr, Co/Cu, Fe/Ag Conductor Tunneling barrier GMR自旋阀 TMR 磁性隧道结 Buffer Buffer Antiferromagnet Antiferromagnet 输运核心 磁钉扎体系 Spin-valve-type structures Ta Py Cu Py IrMn Co Ru CoFe NiFe Cu AlO TaCu FePy IrMn CoFe CoFe NiFeCu AlO Co-Cu,Fe-Ag, Fe-Co-Cu 自组装纳米线阵与纳米点阵Co-Cu

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