Magnetorresistencia anisotrópica

La magnetorresistencia anisotrópica (efecto magnetorresistivo anisotrópico) es un efecto mecánico cuántico que consiste en cambiar la resistencia eléctrica de los hilos ferromagnéticos en función de su orientación con respecto a un campo magnético externo .

Formulación matemática

El valor de la magnetorresistencia se suele entender como la relación

\delta _{H}={\frac {\rho (H)-\rho (0)}{\rho (H))),

donde es la resistividad de la muestra en un campo magnético de fuerza [1] [2] . En la práctica, también se utilizan formas alternativas de registro, que difieren en el signo de la expresión y utilizan el valor integral de la resistencia [3] . ${\ estilo de visualización \ rho (H)}$ $H$

Teoría

En materiales ferromagnéticos como hierro , cobalto , níquel y sus aleaciones , la resistencia eléctrica depende del ángulo entre la dirección de magnetización de la muestra y el campo magnético externo. Esta dependencia se debe a la anisotropía magnética , que se manifiesta en la desigualdad de las propiedades magnéticas del cuerpo en diferentes direcciones. La razón de la anisotropía magnética radica en la interacción espín-órbita de los electrones , lo que lleva a la dispersión de electrones dependiente del espín (el coeficiente de dispersión para los espines codirigidos y contradirigidos con respecto a la magnetización de la muestra será diferente). La anisotropía magnética es especialmente alta en monocristales de ferromagnetos , donde se manifiesta en presencia de ejes de magnetización fáciles, a lo largo de los cuales se dirigen los vectores de magnetización espontánea de los dominios ferromagnéticos.

En la práctica, la resistividad de una muestra en un campo cero se aproxima con bastante precisión por la dependencia $\rho _{0}$

$\rho_{0}={\frac {1}{3}}\rho_{\parallel}+{\frac {2}{3}}\rho_{\perp},$

donde es la resistencia específica cuando la muestra se orienta paralela al campo magnético y es perpendicular a él [4] . ${\ estilo de visualización \ rho _ {\ paralelo}}$ ${\ estilo de visualización \ rho _ {\ perp}}$

El efecto es bastante débil: en materiales ferromagnéticos (por ejemplo, películas de permalloy ) el valor de la magnetorresistencia a temperatura ambiente no supera [5] . ${\ estilo de visualización 2-3 \%}$

Principios de uso

El efecto magnetorresistivo anisotrópico se manifiesta mejor en la fabricación de un elemento sensible en forma de una tira delgada con dimensiones geométricas que satisfacen la condición

$d<b\ll L,$

donde es la altura, es el ancho, es la longitud de la tira. $d$ $b$ $L$

Bajo esta condición, la resistencia de la tira es suficientemente alta y tiene anisotropía uniaxial. La anisotropía uniaxial se manifiesta en el hecho de que el ferromagneto de la película se comporta como un solo dominio que, bajo la influencia de un campo magnético externo, gira alrededor de su eje. En este caso, el espesor de un solo dominio no significa un solo dominio en toda el área de la película, aunque en algunos casos no lo excluye [6] .

A nivel de circuitos, los sensores AMR suelen ser cuatro magnetorresistores equivalentes formados por deposición de una fina capa de permalloy sobre una oblea de silicio en forma de cuadrado y conectados en un circuito que representa los brazos del puente de medición de Winston [7] .

Debido al hecho de que en los circuitos de puente, las magnetorresistencias están ubicadas en el mismo sustrato común y tienen el mismo régimen de temperatura de operación, a pesar de la fuerte dependencia de la resistencia de la resistencia AMR con la temperatura, los cambios de temperatura tienen poco efecto en el voltaje en el salida del puente.

Para las resistencias AMR, no solo cambia la resistencia con la temperatura, sino también la sensibilidad, es decir,

$(\vartriangle R/R)/\vartriangle H,$

donde está el cambio en la resistencia dependiendo del cambio en la fuerza del campo magnético externo por el valor , es el valor nominal de la magnetorresistencia. ${\ estilo de visualización \ vartriangle R}$ ${\ estilo de visualización \ vartriangle H}$ $R$

A medida que aumenta la temperatura, la sensibilidad disminuye. Para reducir esta dependencia, se conecta en serie un termistor NTC con dos magnetorresistores de diferentes brazos del circuito puente .

Aplicación

Utilizado en sensores magnéticos antes del descubrimiento del efecto de resistencia magnética gigante . [5]

Véase también

Notas

↑ Nikitin S. A. Magnetorresistencia gigante // Soros Review Journal. - 2004. - T. 8 , N º 2 . - S. 92-98 . (enlace no disponible)
↑ E. L. Nagaev. Manganitas de lantano y otros conductores magnéticos con magnetorresistencia gigante // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Academia Rusa de Ciencias , 1996. - T. 166 , No. 8 . - S. 833-858 . - doi : 10.3367/UFNr.0166.199608b.0833 . (Ruso)
↑ Ya. M. Mukovsky. Obtención y propiedades de materiales con magnetorresistencia colosal // Ros. química y. - 2001. - T. XLV , N° 5-6 . - S. 32-41 .
↑ Hari Singh Nalwa. Manual de materiales de película delgada: nanomateriales y películas delgadas magnéticas. - Prensa Académica, 2002. - Vol. 5. - pág. 514. - 633 pág. — ISBN 9780125129084 .
↑ 1 2 Claude Chappert, Albert Fert y Frederic Nguyen Van Dau. El surgimiento de la electrónica de espín en el almacenamiento de datos (inglés) // Nature Materials : revista. - 2007. - vol. 6 _ - P. 813-823 . -doi : 10.1038/ nmat2024 .
↑ Vorobyov A. V. Modelo matemático de un sensor magnetorresistivo anisotrópico para cálculos de ingeniería // Boletín de la Universidad Técnica de Aviación del Estado de Ufa. - 2012. - T. 16 , N º 1 . Archivado desde el original el 17 de septiembre de 2016.
↑ Howard Masón. Introducción básica al uso de Sensores Magnetorresistivos (enlace no disponible) . Zetex (septiembre de 2003). Consultado el 9 de septiembre de 2016. Archivado desde el original el 17 de julio de 2016. (indefinido)