巨磁电阻效应(2)

巨磁电阻GMR
式中RAP和RP分别是相邻铁磁层磁矩分别为反平行和平行时的电阻值。由于发现了GMR效应，Grunberg和Baibich共同获得了2007年诺贝尔物理学奖。

Fe/Cr超晶格中的巨磁电阻效应
Fe/Cr超晶格结构的电阻值大小随磁场变化如图所示，由于反铁磁耦合作用的存在，在没有磁场时Fe/Cr超晶格结构中相邻铁磁层总是自发反平行排列，此时电阻较高。当外加磁场作用于Fe/Cr超晶格时，铁磁层磁矩平行排列，电阻值变小。
尽管巨磁阻效应最早发现于存在反铁磁耦合作用的磁多层膜中，但是反铁磁耦合作用并非产生GMR效应的必要条件。从某种程度上来说，铁磁层之间的反铁磁耦合作用反而是不利因素，因为耦合作用越强，所需饱和场越大，也就越不利于其实际应用。Parkin等发现铁磁层之间的交换耦合作用强度随着非磁性层厚度发生周期性的震荡，原则上为降低饱和场提供了一种新的方法，然而实际上交换耦合作用强度的降低往往伴随着GMR值下降，导致其难以实际应用。因此人们开始寻找新型的GMR体系，其中最有应用价值的为Dieny等在1991年发现的自旋阀体系。自旋阀具有低饱和场和高灵敏度等优点，是GMR效应从实验室到实际应用的关键进展。自旋阀结构分为四层，其中两个铁磁FeNi层被中间非磁性Cu层隔开，通过调整Cu层厚度使两铁磁层之间退耦合，同时在结构的底部引入FeMn反铁磁层对最下面的铁磁层进行钉扎，通过耦合作用使其磁化方向难以反转，而未钉扎的自由层在较小的磁场下即可磁化反转，因此可以获得较高的灵敏度。
巨磁电阻的发现鼓舞了大批的科研工作者投入到新型磁电阻效应器件的研发之中，促进了隧穿磁电阻的发现。隧穿磁电阻和巨磁电阻最大的不同在于，TMR中间非磁性层为绝缘层而GMR中为金属材料层。TMR效应最早发现于1975年，但在当时并未得到足够的重视，直到1995年报道了可重复的高达18%的室温TMR后，隧穿磁电阻才开始走进科研工作者的视野。通过优化铁磁和绝缘层材料，目前已报道的室温TMR已经高达604%。由于磁性隧道结具有灵敏度高和磁电阻大等优势，其应用前景十分广阔，除了可以用作磁记录器件中的读头外，还可以应用在磁性随机存取存储器中。可以预见巨磁电阻和隧穿磁电阻在数据存储领域必将有更加广泛的应用。