磁阻效应

磁阻效应是一种材料（通常是铁磁性材料）在外加磁场中改变其电阻值的趋势。 有多种效应可以称为磁阻效应。 有些发生在大块非磁性金属和半导体中，例如几何磁阻、Shubnikov–de Haas 振荡或金属中常见的正磁阻。 其他效应发生在磁性金属中，例如铁磁体中的负磁阻或各向异性磁阻 (AMR)。 最后，在多组件或多层系统（例如磁隧道结）中，可以观察到巨磁阻（GMR）、隧道磁阻（TMR）、巨大磁阻（CMR）和异常磁阻（EMR）。

xxx个磁阻效应是在 1856 年由威廉·汤姆森（William Thomson）发现的，他更广为人知的名字是开尔文勋爵，但他无法将任何物体的电阻降低超过 5%。 如今，包括半金属和同心环 EMR 结构的系统已为人所知。 其中，磁场可以按数量级调整电阻。 由于不同的机制可以改变电阻，因此分别考虑直接取决于磁场的情况（例如几何磁阻和多频带磁阻）和通过磁化间接影响的情况（例如 AMR 和 TMR）是很有用的。

威廉汤姆森（开尔文勋爵）于1856年首次发现普通磁阻。他用铁片做实验，发现当电流与磁力方向相同时，电阻增大，当电流与磁力成90°时，电阻减小 . 然后他用镍做了同样的实验，发现它以同样的方式受到影响，但影响的幅度更大。 这种效应称为各向异性磁阻 (AMR)。

2007年，Albert Fert和Peter Grünberg因发现巨磁电阻而共同获得诺贝尔奖。

可以在 Corbino 圆盘上研究由于磁场对电流的直接作用而产生的磁阻示例（见图）。它由一个带有完美导电边缘的导电环组成。 在没有磁场的情况下，电池会在轮辋之间驱动径向电流。 当施加垂直于圆环平面的磁场时，（进入或离开页面）由于洛伦兹力，电流的圆形分量也会流动。 对这个问题的最初兴趣始于 1886 年的玻尔兹曼，并于 1911 年由科尔比诺独立重新检验。

在一个简单的模型中，假设对洛伦兹力的响应与对电场的响应相同

其中 μ 是载流子迁移率。

其中由于 B 场（垂直于该场的运动）导致的移动性有效降低是明显的。 电流（与速度的径向分量成正比）将随着磁场的增加而减少，因此设备的电阻将增加。 至关重要的是，这种磁阻情况敏感地取决于器件的几何形状和电流线，而不依赖于磁性材料。

在具有单载流子类型的半导体中，磁阻与 (1 + (μB)2) 成正比，其中 μ 是半导体迁移率（单位为 m2·V−1·s−1 或 T -1），B 是磁性 场（单位特斯拉）。

锑化铟是高迁移率半导体的一个例子，它在 300 K 时的电子迁移率可能超过 4 m2·V-1·s-1。因此，在 0.25 T 场中，例如磁阻增加将是 xxx。

汤姆森的实验是 AMR 的一个例子，AMR 是一种材料的特性，其中观察到电阻对电流方向和磁化方向之间的角度的依赖性。 该效应由磁化和自旋轨道相互作用的同时作用产生，其详细机制取决于材料。 例如，这可能是由于电子在磁化方向（由施加的磁场控制）的 s-d 散射概率更大。 净效应（在大多数材料中）是当电流方向平行于施加的磁场时电阻具有xxx值。