MAGNETORESISTANCEMagnetoresistance adalah fenomena dimana Berubahnya hambatan dari materi dengan adanya medan magnet diterapkan, terjadi pada semua logam. Secara klasik, efek MR tergantung pada kedua kekuatan tersebut yaitu medan magnet dan arah relatif medan magnet tersebut yang berkaitan dengan arus. Empat jenis yang berbeda dari magnetoresistance akan ditinjau di sini: magnetoresistance biasa, anisotropic magnetoresistance, GMR, dan magnetoresistance kolosal. Materi dan mekanisme untuk keempat jenis magnetoresistance jelas berbeda.1. Ordinary MagnetoresistanceUntuk logam non magnetik, efek MR di medan rendah sangat kecil, meskipun efeknya dapat menjadi cukup besar untuk medan yang tinggi. Perubahan resistivitas () adalah positif untuk medan magnet paralel () dan tegak lurus () arah arus dengan > //. Ada tiga kasus yang berbeda magnetoresistance biasa, tergantung pada struktur orbital elektron pada permukaan Fermi:1. Dalam logam dengan permukaan Fermi tertutup, elektron dibatasi untuk orbit mereka di ruang k dan efek dari medan magnet adalah untuk meningkatkan frekuensi putaran elektron dalam orbit tertutup. Frekuensi Cyclotron sebesar = 100 telah dicapai. Dalam hal ini perlawanan jenuh pada medan magnet yang sangat besar. Logam yang menunjukkan perilaku ini termasuk In, AI, Na dan Li2. Untuk logam dengan jumlah yang sama elektron dan lubang, magnetoresistance meningkat dengan H sampai ke ladang tertinggi yang diukur, dan independen dari kristalografi. Contoh logam menampilkan perilaku ini adalah Bi, Sb, W, dan Mo3. Logam yang mengandung permukaan Fermi dengan orbit terbuka di beberapa arah kristalografi akan menunjukkan magnetoresistance besar untuk bidang diterapkan pada mereka arah, sedangkan resistance akan jenuh dalam arah lain, di mana orbit ditutup. Perilaku ini akan ditemukan di Cu, Ag, Au, Mg, Zn, Cd, Ga, TI, Sn, Pb, dan Pt (lihat Gambar lb).

2. Anisotropic MagnetoresistancePada logam feromagnetik dan paduan, efek MR di urutan / dari 2% diperoleh dalam medan rendah. Berbeda dengan OMR, efek anisotropik di mana meningkat dengan adanya medan, dan menurun. Seperti pada gambar berikut:

Asal fisik efek magnetoresistance terletak pada putaran orbit kopling. Awan elektron masing-masing inti terdeformasi sedikit seaarah putaran magnetisasi, dan deformas ini mengubah jumlah hamburan elektron konduksi ketika melintasi kisi. Penjelasan heuristik adalah bahwa arah magnetisasi memutar orientasi orbit tertutup sesuai dengan arah arus. Jika medan dan magnetisasi terorientasi tegak lurus dengan arus, maka orbit elektronik pada bidang arus, dan terdapat cross section untuk hamburan, memberikan keadaan resistansi rendah. Sebaliknya untuk bidang diterapkan sejajar dengan saat ini, orbit elektronik berorientasi tegak lurus terhadap arus, dan cross section untuk hamburan meningkat, memberikan keadaan resistensi yang tinggi.

Bahan feromagnetik digunakan untuk AMR yang utama adalah NiFe (permalloy). Hal ini disebabkan adanya pengaruh relatif besar pada suhu kamar (/~2%), dan bidang saturasi rendah (H.-5-10 Oe) yang diperlukan untuk mendapatkan AMR. efek. Dalam rekaman kepala, geometri adalah sedemikian rupa sehingga bidang dari media adalah melintang terhadap arah arus di kepala, sehingga efek AMR untuk bidang diterapkan melintang terhadap arah arus digunakan (PT pada Gambar 2). Dalam rangka untuk membuat perangkat yang berguna, satu memerlukan respon yang unik untuk medan yang diterapkan baik positif maupun negatif. Oleh karena itu, seseorang ingin titik operasi (tanpa medan) untuk memperbaiki pada peningkatan atau penurunan kemiringan respon AMR. Ini disebut "biasing" kepala. Ada dua metode biasing yang bersangkutan dengan arus digunakan di kepala AMR: Layer Berdekatan Lembut dan Dual Stripe konfigurasi1) Soft Adjacent Layer (SAL)

Metode SAL biasing AMR membaca kepala telah dikembangkan dan dimanfaatkan oleh ffiM . Idenya adalah untuk menempatkan bahan magnetik lunak yang berdekatan dengan bahan AMR . Ketika lapisan magnetik lunak magnet ( medan yang dihasilkan oleh arus cukup untuk menarik lapisan SAL ) , itu menghasilkan medan fringing ( HF ) yang memutar magnetisasi bahan AMR searah dengan arus( lihat Gambar . 4 ) . Karena perubahan perlawanan di kepala AMR berjalan sebagai cos ~ , di mana e adalah sudut antara arah magnetisasi dan arus , konfigurasi bias yang optimal adalah untuk memutar magnetisasi bahan AMR sampai 45 derajat terhadap arah arus . Hal ini akan menggeser resistivitas nol bidang terapan untuk nilai tengah antara maksimum dan minimum dari PT . Dengan demikian resistivitas akan baik kenaikan atau penurunan ketika merasakan bidang positif atau negatif . Tanggapan dari kepala , namun non - linear , karena respon tegangan sebanding dengan respon bidang parabola negatif ofthe AMR . material ( Gambar 5 ) . Selain itu , kepala bias SAL memiliki profil lintas jalur asimetris , serta ketinggian puncak asimetris , teknik pembuatan servo lebih sulit2) Dual Stripe

Metode garis ganda menghasilkan AMR bias . Kepala dikembangkan dan dimanfaatkan oleh Hewlett Packard. Desain terdiri dari dua AMR . stripes dipisahkan oleh dielektrik tipis ( Gambar 6 ) . Arus dijalankan melalui kedua garis dan lead korsleting pada salah satu ujungnya . Medan magnet yang dihasilkan oleh arus dalam setiap Bias garis strip lainnya . Keuntungan dari desain dual stripe adalah bahwa respon dari kepala adalah perbedaan antara tanggapan dari elemen AMR individu. Setiap elemen MR menghasilkan sinyal sebanding dengan - . . ( X-Xoi. Karena setiap elemen tersebut yang AMR bias dalam arah yang berlawanan , XOL = - XO2 Sinyal utamanya adalah perbedaan antara dua mengimbangi parabola negatif Gambar 7 menunjukkan output simulasi dengan mengambil perbedaan dari dua parabola negatif dengan offset yang sama dan berlawanan . Perhatikan linearitas dari sinyal . Selain itu konfigurasi dual stripe memberikan sinyal cross- track simetris , memfasilitasi teknik servo . desain kepala stripe ganda lebih unggul dengan desain kepala SAL di bahwa ia menyediakan output yang lebih tinggi per track lebar satuan , modus umum penolakan kebisingan , unggul penekanan harmonik kedua , dan profil track lintas linear .3. Giant Magnetoresistance (GMR)Raksasa Magnetoresistan (GMR) ditemukan tahun 1988 oleh Baibich et al. di antiferromagnetically ditambah multi-lapisan Fe / Cr. Dalam struktur ini, lapisan tipis magnetik logam yang dipisahkan oleh lapisan logam non magnetik. Lapisan magnetik yang digabungkan melalui lapisan non magnetik baik konfigurasi feromagnetik atau antiferromagnetik tergantung pada ketebalan lapisan non magnetik. Magnetoresistan efek hingga 50% yang diamati pada suhu rendah (Gambar 8). Efek ini kemudian ditemukan terjadi di sejumlah lapisan sistem multi-film magnetik.

Efek GMR mensyaratkan bahwa ada metode untuk mengubah orientasi relatif magnetisasi di lapisan logam magnetik yang berdekatan, dan bahwa ketebalan film tersebut yang harus kurang dari jalan bebas rata-rata elektron. Sebuah model heuristik dari efek GMR secara skematik ditunjukkan pada Gambar 9. The GMR. efek dapat dipahami secara kualitatif atas dasar model dua fluida ofthe proses konduksi dalam logam magnetik. Elektron konduksi dibagi menjadi dua kelas: mereka yang berputar sejajar dengan magnetisasi lokal dan mereka yang spin antiparalel.

Untuk array multilayer menjadi menarik sebagai: MR. sensor kepala, ia harus memiliki tidak hanya besar bibir / p, tetapi juga memiliki ketergantungan besar resistensi pada medan magnet. The original sistem Fe / Cr ditunjukkan pada Gambar 8, membutuhkan bidang yang sangat besar (20 kG) untuk memutar magnetisasi untuk konfigurasi feromagnetik, dan karena itu tidak menarik sebagai perangkat kepala rekaman. Skema telah dikembangkan, namun di mana film magnetik uncoupled dapat beralih dari antiparallel ke konfigurasi paralel. Perangkat ini telah disebut struktur Valve spin

1. Spin ValvesKatup berputar empat struktur lapisan yang mengandung antiferromagnetik "menjepit" lapisan, dan dua inequivalent, tipis, film magnetik yang dipisahkan oleh sebuah spacer non-magnetik. Film atas memiliki magnetisasi yang disematkan dalam satu orientasi (dengan pertukaran kopling ke lapisan pinning), sedangkan lapisan magnetik rendah (lapisan rasa) bebas untuk beralih dengan adanya medan magnet. Ketebalan lapisan ofthe spacer non-magnetik yang cukup besar untuk membuat diabaikan kopling antara dua lapisan magnet, dengan demikian, ketergantungan bidang efeknya rendah. Prinsip untuk menurunkan resistensi adalah sama seperti dalam multilayer GMR, yaitu berputar hamburan tergantung memberikan keadaan resistansi rendah ketika lapisan magnetik ferromagnetically sejajar, sementara keadaan resistensi yang tinggi diperoleh dalam konfigurasi antiferromagnetik (Gambar 10).Dalam struktur katup spin , resistance tergantung pada sudut antara magnetisasi masing-masing dari dua lapisan magnetik , dan bukan pada sudut sehubungan dengan saat iniarah , seperti pada bahan AMR . Resistensi perubahan sebagai fungsi ofCOS ( Sl - eh) , yaitu == Sin ( Sl ) , karena sudut Eh disimpan tetap ( " disematkan " ) di 90 derajat ( Gambar 11 ) . Karena respon dari perangkat berjalan sebagai dosa , respon ofthe kepala sudah tunggal dihargai sehubungan dengan bidang mengemudi , dan perangkat diri bias , menghilangkan kebutuhan untuk skema biasing rumit. Namun, mengoptimalkan spin valve kepala sehingga banyak medan magnet ( demagnetizing bidang, bidang karena arus , medan anisotropi , dll ) yang seimbang memerlukan penelitian yang luas . Salah satu skema yang dikembangkan untuk menghindari beberapa masalah ini adalah "dual katup spin " di mana dua struktur katup spin terjepit bersama-sama , dengan arti , atau bebas , lapisan magnetik di pusat. Konfigurasi ini memberikan dua kali ~ p / p diperoleh dari struktur katup spin tunggalKatup spin magnetoresistive membaca kepala telah dibuktikan oleh ffiM dan bibir. Kepala IBM telah melaporkan sinyal dengan amplitudo puncak ke puncak 750 -1000 J.lV / J.lm dari membaca trackwidth [Ref 6]. LIP telah memperoleh 1200 J.lV/J.l1D, jauh lebih besar dari yang diperoleh di kepala AMR. masalah dengan simetri sinyal, stabilisasi, dan efek termal karena arus tinggi harus diatasi. Optimasi ofthe kepala sedang berlangsung. Kepala katup keluaran ofa bibir spin ditunjukkan pada Gambar 12perovskit struktur . Efek terbesar telah diamati untuk x = O.33 . Kolosal Istilah memiliki magnetoresistance kolosal baru-baru ini ditemukan di Lal - xMxMn03 + muncul dari efek besar yang diamati , pada urutan MtIR ( H ) = 125.000 % . Jika dinormalisasi dengan nilai nol medan , perubahan perlawanan dengan 99,90 , / 0 Gambar 14 menunjukkan data yang diterbitkan oleh Jin et al . [ Ref . 7] resistivitas material mengalami transisi suhu rendah dari isolasi ke perilaku logam . Efek magnetoresistance kolosal diamati dalam rezim metalik . Penelitian terbaru menunjukkan bahwa isolasi terhadap logam transisi dan efek CMR dapat dinaikkan hingga suhu kamar . LIP telah menghasilkan film-film berkualitas tinggi dengan CMR pengurangan suhu kamar dalam ketahanan sekitar 95 % . Penurunan resistensi ini relatif datar di kisaran suhu sekitar 50 derajat ( Gambar 16 ) . Hasil ini dilaporkan dalam lokakarya CMR HP host di Los Alamos National Laboratory pada bulan Februari 1995 [ Ref . 8 ] . Sebuah masalah yang signifikan masih tersisa dengan bahan-bahan ini adalah ketergantungan medan ofthe perlawanan. Fields pada urutan 10 Oe diharuskan untuk memperoleh efek yang besar . Isu-isu ini akan menjadi fokus offuture penelitian dalam kolaborasi precompetitive HP berharap untuk membangun dengan Los Alamos dan peneliti lainnya . Bahan-bahan CMR memiliki struktur perovskit , strukturdari Lao.6 ~ ao.33Mn03is ditunjukkan pada Gambar 15 . Dalam pandangan sederhana , Mn dalam pesawat MnO diselaraskan ferromagnetically dalam bidang ab , dengan pesawat sepanjang sumbu e menyelaraskan dalam urutan antiferromagnetik ( Gambar 15 ) . Penerapan medan switch pemesanan ofthe ion Mn sepanjang e sumbu , sehingga semua ion Mn magnet dalam arah yang sama . Pada kenyataannya , pemesanan antiferromagnetik murni hanya diamati pada anggota akhir LaMn03 dan CaMn08 4.The memesan tepat magnetik oksida campuran tidak diketahui , namun diketahui bahwa doping menyebabkan berputar untuk cant dan menginduksi baik ferromagnetism dan konduksi . Penerapan medan magnet paling mungkin meningkatkan keselarasan dari spin , dan menurunkan resistivitas. Namun, mekanisme alternatif tidak dapat dikesampingkan . Misalnya , efek MR sangat besar hanya terlihat pada bahan epitaxially tumbuh , dengan pengaruh yang jauh berkurang dalam bahan massal . Telah terbukti bahwa kisi konstan dalambahan epitaxially tumbuh lebih kecil dari yang di bulk. Dengan demikian, telah dihipotesiskan bahwa jarak antara ion magnetik adalah apa yang penting, dalam hal ini akan mempengaruhi pertukaran interaksi tidak langsung bertanggung jawab untuk konduktivitas dalam buku petunjuk ini. Penerapan medan magnet dapat mempengaruhi jarak antara ion Mn, mempengaruhi frekuensi kopling pertukaran, dan akibatnya perlawananMekanisme untuk magnetoresistance dalam buku petunjuk ini jelas berbeda dibandingkan pada sistem multilayer GMR. Dalam bahan CMR, konduksi terjadi dengan melompat (pada dasarnya dengan bertukar Mn 3 + 4 + _Mn memasangkan ke Mn 4 + _Mn3 + pasang), dan bukan oleh konduksi metalik. Urutan magnetik dalam struktur CMR terjadi pada skala atom, dan diproduksi olehmekanisme pertukaran tidak langsung, padahal urutan magnetik dalam bahan GMR terjadi selama puluhan Angstrom, dan diproduksi oleh interaksi RKKY. Efek mechanismofthe CMR tentu tidak dipahami dengan baik, dan masih ada banyak penelitian yang harus dilakukan.