專利名稱：一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，屬于巨磁電阻實驗裝置的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2007年度的諾貝爾物理學(xué)獎已經(jīng)揭曉，將授予兩位物理學(xué)家來自法國 Paris-大學(xué)的Albert Fert 以及德國尤里希研究中心(Forschungszentrum Julich)的 Peter Griinberg，以表彰他們對于發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)(GMR :Giant Magnetoresistance)所作 出的貢獻。他們于1988年獨立作出的發(fā)現(xiàn)極大地提高了電腦硬盤的數(shù)據(jù)存儲量。巨磁阻效應(yīng)(Giant Magnetoresistance)是一種量子力學(xué)和凝聚態(tài)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(幾個納米厚)結(jié)構(gòu)中觀察 至IJ。這種結(jié)構(gòu)物質(zhì)的電阻值與鐵磁性材料薄膜層的磁化方向有關(guān)，兩層磁性材料磁化方向 相反情況下的電阻值，明顯大于磁化方向相同時的電阻值，電阻在很弱的外加磁場下具有 很大的變化量。巨磁阻效應(yīng)被成功地運用在硬盤生產(chǎn)上，具有重要的商業(yè)應(yīng)用價值。物 質(zhì)在一定磁場下電阻改變的現(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)的電阻率在磁場中僅產(chǎn)生輕微的減??；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)；而在很強的磁場中某些絕緣體會突然變?yōu)閷?dǎo)體，稱為“超巨磁阻效應(yīng)”(CMR)。如圖2所示，巨磁阻效應(yīng)示意圖。a、c中FM表示磁性材料，匪表示非磁性材料，磁 性材料中的箭頭表示磁化方向；Spin的箭頭表示通過電子的自旋方向；R表示電阻值，綠色 較小表示電阻值小，綠色較大表示電阻值大。如b、d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，中間是非磁 性材料薄膜層。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時，電子較容易通過兩層 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時，電子較難通過兩層磁 性材料，都呈現(xiàn)大電阻。這是因為電子的自旋方向與材料的磁化方向相反，產(chǎn)生散射，通過 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時，電子較容易通 過，呈現(xiàn)小電阻；但較難通過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時，電子較難通過， 呈現(xiàn)大電阻；但較容易通過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。巨磁阻效應(yīng)被成功地運用在硬盤生產(chǎn)上，具有重要的商業(yè)應(yīng)用價值。而至今仍沒有關(guān)于巨磁阻效應(yīng)的相關(guān)教學(xué)儀器。
實用新型內(nèi)容本實用新型目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種操作簡便，測量精度高，實驗效果明顯，安全性好的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置。本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案型一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于包括恒流源模塊、螺線管線圈、巨磁 阻元件、惠斯通電橋電路、旋轉(zhuǎn)式電阻箱、惠斯通電橋供電電源和開關(guān)，巨磁阻元件固定在 螺線管線圈內(nèi)且巨磁阻元件擺放方位與螺線管內(nèi)磁場方向平行，直流電源正極串接開關(guān)后 接恒流源模塊的正輸入端，直流電源負(fù)極接恒流源模塊的負(fù)輸入端，恒流源模塊的輸出端 接螺線管線圈的輸入端，惠斯通電橋電路的檢測端接所述巨磁阻元件，惠斯通電橋電路的 輸出端接旋轉(zhuǎn)式電阻箱的輸入端，惠斯通電橋供電電源給惠斯通電橋電路供電。優(yōu)選地所 述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的巨磁電阻元件是鐵氧體磁性層與非 磁性層的多層薄膜結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的恒流源模塊采用 型號為SU1230_Cx的恒流型驅(qū)動電源。優(yōu)選地所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的螺線管線圈采用 銅制導(dǎo)線的線圈。優(yōu)選地所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的惠斯通電橋電路 采用的是箱式惠斯通直流電橋電路。優(yōu)選地所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的電源是一般干電 池。優(yōu)選地所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的開關(guān)為單刀單擲 開關(guān)。本實用新型能夠精確地測量巨磁阻元器件阻值隨弱磁場變化的變化情況。給出了 精確測量阻值的惠斯通電橋電路和阻值測量方法。給出了調(diào)節(jié)螺線管線圈電流的恒流源模 塊。該實驗裝置具有低功耗，高靈敏度，操作方便，現(xiàn)象明顯等特點。

圖1 本實用新型結(jié)構(gòu)圖。圖2 巨磁阻效應(yīng)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對實用新型的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明如圖1所示，巨磁阻效應(yīng)實驗裝置包括1、恒流源模塊2、螺線管線圈3、巨磁阻 元件4、惠斯通電橋電路5.旋轉(zhuǎn)式電阻箱6、惠斯通電橋供電電源7、開關(guān)。巨磁阻元 件3經(jīng)過一定的固定裝置固定在螺線管線圈2內(nèi)且方向與螺線管內(nèi)磁場方向平行，所有7 個模塊固定在一塊電板上。直流電源正極串接開關(guān)7后接恒流源模塊1的正輸入端，直流 電源負(fù)極接恒流源模塊1的負(fù)輸入端，恒流源模塊1的輸出端接螺線管線圈2的輸入端，惠斯通電橋電路4的檢測端接所述巨磁阻元件3，惠斯通電橋電路4的輸出端接旋轉(zhuǎn)式電阻箱5的輸入端，惠斯通電橋供電電源6給惠斯通電橋電路4供電。上述恒流源模塊1是型號為SU1230_Cx的恒流型驅(qū)動電源，可方便焊接在電路板 上；上述的螺線管線圈2是采用銅制導(dǎo)線的線圈。上述的巨磁阻元件3是鐵氧體磁性層與非磁性層的多層薄膜結(jié)構(gòu)。上述的惠斯通電橋電路4采用的是箱式惠斯通直流電橋。上述的旋轉(zhuǎn)式電阻箱5是電橋電路的一部分，其測量范圍是0到999999.9歐姆。上述的電源6是一般干電池。上述的開關(guān)7為單刀單擲開關(guān)。該實驗裝置是一個小的整體，內(nèi)部接線都已集成在電路板上，在進行實驗時只需 要外接一個直流電源和兩個靈敏電流表即可進行實驗。進行實驗時，先將開關(guān)置于斷開狀態(tài)，接入電流表(一個用于測量恒流源供給線 圈的電流，另一個作為電橋電路的檢流計)，接入直流電源，切記勿反接，調(diào)節(jié)恒流源模塊1 輸出電流，取幾個電流值，同時調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)式變阻箱5使得電橋電路4中的檢流計示數(shù)為零， 讀出相應(yīng)的電阻值。實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)螺線管線圈的規(guī)格和電流值計算線圈中產(chǎn)生的磁場強度并與 相應(yīng)的阻值組合即得到一組數(shù)據(jù)。再將幾組數(shù)據(jù)作圖，即可得到巨磁阻元件阻值隨磁場強 度變換的情況。螺線管中磁場的計算方法螺線管線圈長度L真空磁導(dǎo)率U。= 4 π *1(T7WB/A · m螺線管單位長度內(nèi)的匝數(shù)n，單位為匝/m螺線管直徑D螺旋管線圈電流I螺線管內(nèi)磁場強度
權(quán)利要求一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于包括恒流源模塊(1)、螺線管線圈(2)、巨磁阻元件(3)、惠斯通電橋電路(4)、旋轉(zhuǎn)式電阻箱(5)、惠斯通電橋供電電源(6)和開關(guān)(7)，巨磁阻元件(3)固定在螺線管線圈(2)內(nèi)且巨磁阻元件(3)擺放方位與螺線管(2)內(nèi)磁場方向平行，直流電源正極串接開關(guān)(7)后接恒流源模塊(1)的正輸入端，直流電源負(fù)極接恒流源模塊(1)的負(fù)輸入端，恒流源模塊(1)的輸出端接螺線管線圈(2)的輸入端，惠斯通電橋電路(4)的檢測端接所述巨磁阻元件(3)，惠斯通電橋電路(4)的輸出端接旋轉(zhuǎn)式電阻箱(5)的輸入端，惠斯通電橋供電電源(6)給惠斯通電橋電路(4)供電。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的巨磁電阻元 件(3)是鐵氧體磁性層與非磁性層的多層薄膜結(jié)構(gòu)。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的恒流源模塊(1)采用型號為SU1230_Cx的恒流型驅(qū)動電源。
4.權(quán)利要求1所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的螺線管線圈(2)采用銅制導(dǎo)線的線圈。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的惠斯通電橋 電路(4)采用的是箱式惠斯通直流電橋電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的電源(6) 是一般干電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的開關(guān)(7) 為單刀單擲開關(guān)。
專利摘要本實用新型公布了一種磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，包括恒流源模塊、螺線管線圈、巨磁阻元件、惠斯通電橋電路、旋轉(zhuǎn)式電阻箱、惠斯通電橋供電電源和開關(guān)，巨磁阻元件固定在螺線管線圈內(nèi)且巨磁阻元件擺放方位與螺線管內(nèi)磁場方向平行，直流電源正極串接開關(guān)后接恒流源模塊的正輸入端，直流電源負(fù)極接恒流源模塊的負(fù)輸入端，恒流源模塊的輸出端接螺線管線圈的輸入端，惠斯通電橋電路的檢測端接所述巨磁阻元件，惠斯通電橋電路的輸出端接旋轉(zhuǎn)式電阻箱的輸入端，惠斯通電橋供電電源給惠斯通電橋電路供電。優(yōu)選地所述的一種巨磁電阻效應(yīng)的實驗裝置，其特征在于所述的巨磁電阻元件是鐵氧體磁性層與非磁性層的多層薄膜結(jié)構(gòu)。本實用新型功耗低，靈敏度高。
文檔編號G09B23/18GK201590184SQ20092025600
公開日2010年9月22日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者于叢珊, 吳建偉, 鞏江峰, 張開驍, 袁航, 黃德文 申請人:河海大學(xué)