专利名称：一种巨磁电阻效应的实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种巨磁电阻效应的实验装置，属于巨磁电阻实验装置的技术领域。
背景技术：
2007年度的诺贝尔物理学奖已经揭晓，将授予两位物理学家来自法国 Paris-大学的Albert Fert 以及德国尤里希研究中心(Forschungszentrum Julich)的 Peter Griinberg，以表彰他们对于发现巨磁阻效应(GMR :Giant Magnetoresistance)所作 出的贡献。他们于1988年独立作出的发现极大地提高了电脑硬盘的数据存储量。巨磁阻效应(Giant Magnetoresistance)是一种量子力学和凝聚态物理学现象， 磁阻效应的一种，可以在磁性材料和非磁性材料相间的薄膜层(几个纳米厚)结构中观察 至IJ。这种结构物质的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关，两层磁性材料磁化方向 相反情况下的电阻值，明显大于磁化方向相同时的电阻值，电阻在很弱的外加磁场下具有 很大的变化量。巨磁阻效应被成功地运用在硬盘生产上，具有重要的商业应用价值。物 质在一定磁场下电阻改变的现象，称为“磁阻效应”，磁性金属和合金材料一般都有这种磁 电阻现象，通常情况下，物质的电阻率在磁场中仅产生轻微的减小；在某种条件下，电阻率 减小的幅度相当大，比通常磁性金属与合金材料的磁电阻值约高10余倍，称为“巨磁阻效 应”(GMR)；而在很强的磁场中某些绝缘体会突然变为导体，称为“超巨磁阻效应”(CMR)。如图2所示，巨磁阻效应示意图。a、c中FM表示磁性材料，匪表示非磁性材料，磁 性材料中的箭头表示磁化方向；Spin的箭头表示通过电子的自旋方向；R表示电阻值，绿色 较小表示电阻值小，绿色较大表示电阻值大。如b、d图所示，左面和右面的材料结构相同，两侧是磁性材料薄膜层，中间是非磁 性材料薄膜层。左面的结构中，两层磁性材料的磁化方向相同。当一束自旋方向与磁性材料磁化方向都相同的电子通过时，电子较容易通过两层 磁性材料，都呈现小电阻。当一束自旋方向与磁性材料磁化方向都相反的电子通过时，电子较难通过两层磁 性材料，都呈现大电阻。这是因为电子的自旋方向与材料的磁化方向相反，产生散射，通过 的电子数减少，从而使得电流减小。右面的结构中，两层磁性材料的磁化方向相反。当一束自旋方向与第一层磁性材料磁化方向相同的电子通过时，电子较容易通 过，呈现小电阻；但较难通过第二层磁化方向与电子自旋方向相反的磁性材料，呈现大电 阻。当一束自旋方向与第一层磁性材料磁化方向相反的电子通过时，电子较难通过， 呈现大电阻；但较容易通过第二层磁化方向与电子自旋方向相同的磁性材料，呈现小电阻。巨磁阻效应被成功地运用在硬盘生产上，具有重要的商业应用价值。而至今仍没有关于巨磁阻效应的相关教学仪器。
实用新型内容本实用新型目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种操作简便，测量精度高，实验效果明显，安全性好的一种巨磁电阻效应的实验装置。本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案型一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于包括恒流源模块、螺线管线圈、巨磁 阻元件、惠斯通电桥电路、旋转式电阻箱、惠斯通电桥供电电源和开关，巨磁阻元件固定在 螺线管线圈内且巨磁阻元件摆放方位与螺线管内磁场方向平行，直流电源正极串接开关后 接恒流源模块的正输入端，直流电源负极接恒流源模块的负输入端，恒流源模块的输出端 接螺线管线圈的输入端，惠斯通电桥电路的检测端接所述巨磁阻元件，惠斯通电桥电路的 输出端接旋转式电阻箱的输入端，惠斯通电桥供电电源给惠斯通电桥电路供电。优选地所 述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的巨磁电阻元件是铁氧体磁性层与非 磁性层的多层薄膜结构。优选地所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的恒流源模块采用 型号为SU1230_Cx的恒流型驱动电源。优选地所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的螺线管线圈采用 铜制导线的线圈。优选地所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的惠斯通电桥电路 采用的是箱式惠斯通直流电桥电路。优选地所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的电源是一般干电 池。优选地所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的开关为单刀单掷 开关。本实用新型能够精确地测量巨磁阻元器件阻值随弱磁场变化的变化情况。给出了 精确测量阻值的惠斯通电桥电路和阻值测量方法。给出了调节螺线管线圈电流的恒流源模 块。该实验装置具有低功耗，高灵敏度，操作方便，现象明显等特点。
图1 本实用新型结构图。图2 巨磁阻效应示意图。
具体实施方式
以下结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明如图1所示，巨磁阻效应实验装置包括1、恒流源模块2、螺线管线圈3、巨磁阻 元件4、惠斯通电桥电路5.旋转式电阻箱6、惠斯通电桥供电电源7、开关。巨磁阻元 件3经过一定的固定装置固定在螺线管线圈2内且方向与螺线管内磁场方向平行，所有7 个模块固定在一块电板上。直流电源正极串接开关7后接恒流源模块1的正输入端，直流 电源负极接恒流源模块1的负输入端，恒流源模块1的输出端接螺线管线圈2的输入端，惠斯通电桥电路4的检测端接所述巨磁阻元件3，惠斯通电桥电路4的输出端接旋转式电阻箱5的输入端，惠斯通电桥供电电源6给惠斯通电桥电路4供电。上述恒流源模块1是型号为SU1230_Cx的恒流型驱动电源，可方便焊接在电路板 上；上述的螺线管线圈2是采用铜制导线的线圈。上述的巨磁阻元件3是铁氧体磁性层与非磁性层的多层薄膜结构。上述的惠斯通电桥电路4采用的是箱式惠斯通直流电桥。上述的旋转式电阻箱5是电桥电路的一部分，其测量范围是0到999999.9欧姆。上述的电源6是一般干电池。上述的开关7为单刀单掷开关。该实验装置是一个小的整体，内部接线都已集成在电路板上，在进行实验时只需 要外接一个直流电源和两个灵敏电流表即可进行实验。进行实验时，先将开关置于断开状态，接入电流表(一个用于测量恒流源供给线 圈的电流，另一个作为电桥电路的检流计)，接入直流电源，切记勿反接，调节恒流源模块1 输出电流，取几个电流值，同时调节旋转式变阻箱5使得电桥电路4中的检流计示数为零， 读出相应的电阻值。实验数据处理根据螺线管线圈的规格和电流值计算线圈中产生的磁场强度并与 相应的阻值组合即得到一组数据。再将几组数据作图，即可得到巨磁阻元件阻值随磁场强 度变换的情况。螺线管中磁场的计算方法螺线管线圈长度L真空磁导率U。= 4 π *1(T7WB/A · m螺线管单位长度内的匝数n，单位为匝/m螺线管直径D螺旋管线圈电流I螺线管内磁场强度
权利要求一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于包括恒流源模块(1)、螺线管线圈(2)、巨磁阻元件(3)、惠斯通电桥电路(4)、旋转式电阻箱(5)、惠斯通电桥供电电源(6)和开关(7)，巨磁阻元件(3)固定在螺线管线圈(2)内且巨磁阻元件(3)摆放方位与螺线管(2)内磁场方向平行，直流电源正极串接开关(7)后接恒流源模块(1)的正输入端，直流电源负极接恒流源模块(1)的负输入端，恒流源模块(1)的输出端接螺线管线圈(2)的输入端，惠斯通电桥电路(4)的检测端接所述巨磁阻元件(3)，惠斯通电桥电路(4)的输出端接旋转式电阻箱(5)的输入端，惠斯通电桥供电电源(6)给惠斯通电桥电路(4)供电。
2.据权利要求1所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的巨磁电阻元 件(3)是铁氧体磁性层与非磁性层的多层薄膜结构。
3.据权利要求1所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的恒流源模块(1)采用型号为SU1230_Cx的恒流型驱动电源。
4.权利要求1所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的螺线管线圈(2)采用铜制导线的线圈。
5.据权利要求1所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的惠斯通电桥 电路(4)采用的是箱式惠斯通直流电桥电路。
6.根据权利要求1所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的电源(6) 是一般干电池。
7.根据权利要求1所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的开关(7) 为单刀单掷开关。
专利摘要本实用新型公布了一种磁电阻效应的实验装置，包括恒流源模块、螺线管线圈、巨磁阻元件、惠斯通电桥电路、旋转式电阻箱、惠斯通电桥供电电源和开关，巨磁阻元件固定在螺线管线圈内且巨磁阻元件摆放方位与螺线管内磁场方向平行，直流电源正极串接开关后接恒流源模块的正输入端，直流电源负极接恒流源模块的负输入端，恒流源模块的输出端接螺线管线圈的输入端，惠斯通电桥电路的检测端接所述巨磁阻元件，惠斯通电桥电路的输出端接旋转式电阻箱的输入端，惠斯通电桥供电电源给惠斯通电桥电路供电。优选地所述的一种巨磁电阻效应的实验装置，其特征在于所述的巨磁电阻元件是铁氧体磁性层与非磁性层的多层薄膜结构。本实用新型功耗低，灵敏度高。
文档编号G09B23/18GK201590184SQ20092025600
公开日2010年9月22日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者于丛珊, 吴建伟, 巩江峰, 张开骁, 袁航, 黄德文 申请人:河海大学