超巨磁阻效应

超巨磁阻效应 (CMR) 是某些材料（主要是锰基钙钛矿氧化物）的一种特性，使它们能够在存在磁场的情况下显着改变电阻。 传统材料的磁阻可实现高达 5% 的电阻变化，但具有 CMR 的材料可能会出现数量级的电阻变化。

该技术可用于磁盘读写头，从而提高硬盘驱动器的数据密度。 然而，到目前为止它还没有导致实际应用，因为它需要低温和笨重的设备。

最初由 G. H. Jonker 和 J. H. van Santen 于 1950 年代在混合价钙钛矿锰矿中发现，早期给出了关于双交换机制的第 一个理论描述。 在该模型中，相邻 Mn 矩的自旋方向与电子的动力学交换有关。 因此，通过外部磁场使 Mn 自旋对齐会导致更高的电导率。 相关实验工作由 Volger、Wollan 和 Koehler 完成，后来由 Jirak 等人完成。

然而，双交换模型并不能充分解释转变温度以上的高绝缘类电阻率。在 1990 年代，R·冯·赫尔莫特 ( R. von Helmolt ) 等人开展了大量的进一步研究。尽管还没有完全了解这一现象，但各种理论和实验工作提供了对相关影响的更深入理解。

一个突出的模型是所谓的半金属铁磁模型，它基于使用密度泛函理论 (DFT) 的局部自旋密度近似 (LSDA) 的自旋极化 (SP) 带结构计算，其中进行单独计算用于自旋向上和自旋向下的电子。半金属态与铁磁相中金属多数自旋带和非金属少数自旋带的存在同时存在。

该模型与巡回铁磁性的斯托纳模型不同。

在斯托纳模型中，费米能级的高密度状态使非磁性状态不稳定。在使用 DFT-LSDA 泛函的共价铁磁体的 SP 计算中，交换相关积分取代了斯通纳参数。费米能级的态密度没有起到特殊的作用。半金属模型的一个显着优势是它不像双交换机制那样依赖于混合价的存在，因此它可以解释在化学计量相中观察到的 CMR，如烧绿石 Tl2Mn2O7。还研究了多晶样品中的微观结构效应，发现磁阻通常受晶粒间自旋极化电子隧穿的影响，导致磁阻对晶粒尺寸具有内在依赖性。

对 CMR 效应的全面定量理解仍然难以捉摸，它仍然是当前许多研究的主题。 开发基于 CMR 的新技术的早期承诺尚未实现。