摘要：本文简要的介绍了巨磁阻效应的发现及概念、巨磁阻材料的原理、性能以及在生活中的应用，并对巨磁阻材料未来发展的进行展望。
1.前言
让硬盘内存更大，让商品更加轻薄短小，已成为现代信息产业不变的志业。曾几何时，人们想要的只是能存几首歌的磁带，只是几十兆的软盘。而现代人对动辄可保存上千首歌曲的mp3早已习以为常，计算机硬盘近年来的“瘦身”尤其显著，家用计算机硬盘的容量已经高达1TB。藏在书桌下方的笨重计算机主机即将成为明日黄花，取而代之的是单手就可以拿着到处跑的手持式计算，且数据保存量远超过体积大上好几倍的老旧电脑。将这些现实的，都要离不开巨磁阻材料扮演的重要角。
瑞典皇家科学院指出，荣获诺贝尔物理学奖的费尔和格伦贝格，在将近廿年前分别发现的巨磁阻效应，奠定了今日硬盘读取磁头科技的基础。利用该技术，相同的单位面积能容纳更多
数据，相对的读写头也要更加灵敏才能增加读取效率。因此在2007年10月,这两位科学家因分别独立发现了巨磁阻效应而共同获得了2007年的诺贝尔物理学奖。
2.巨磁阻效应发现及现象
早在1988年费尔就发现了这一特殊现象：非常弱小的磁性变化就能导致磁性材料发生非常显著的电阻变化。那时，法国的费尔在铁、铬相间的多层膜电阻中发现，微弱的磁场变化可以导致电阻大小的急剧变化，其变化的幅度比通常高十几倍，他把这种效应命名为巨磁阻效应（Giant Magneto-Resistive，GMR）。有趣的是，就在此前3个月，德国优利希研究中心格林贝格尔教授领导的研究小组在具有层间反平行磁化的铁/佟星铬/铁三层膜结构中也发现了完全同样的现象。
他们发现，该材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时大幅度减小, 电阻相对变化率比各向异性磁电阻高一到两个数量级。磁场的微弱变化将导致巨磁阻材料电阻值产生明显改变，从而能够用来探测微弱信号。
3.巨磁阻效应概念及巨磁阻材料的原理
巨磁阻材料的关键结构是在两个磁性金属层之间有一个非金属隔离层。其中一个磁性层被固定住，也就是说它具备固定的磁性取向。另一个磁性层的磁性取向则随意。磁性物质倾向于指向同一方向。当两个磁性层取向一致时，总电阻较低，而取向相反时，总电阻较高。
巨磁阻效应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）结构中观察到。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。其原因是当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。
在上图所示情况下，FM1和FM2表示磁性材料层，NM表示非磁性材料层。磁性材料中的箭头表示磁化方向，且由图可知两个磁性材料的磁化方向相同。电子自旋方向如图所示。当电子的自选方向与磁性材料的磁化方向相反时，有大电阻R1和R2，当电子的自旋方向与磁性材料的磁化方向相同时，有小电阻r1和r2。电流通过两层磁性材料薄膜时，R1和R2相当于串联，得到一个大电阻；r1和r2相当于串联，得到一个小电阻，最后两条支路并联，所以得到较小的电阻。
radon变换在图（b）所示情况下，FM1和FM2表示磁性材料层，NM表示非磁性材料层。磁性材料中的箭头表示磁化方向，且由图可知两个磁性材料的磁化方向反向平行。电子自旋方向如图所示。当电子的自旋方向与第一层磁性材料磁化方向相反而与第二层磁性材料磁化方向相
同时，有大电阻R1，小电阻r2，两者相当于串联，得到一个大电阻。当电子的自旋方向与第一层磁性材料磁化方向相同而与第二层磁性材料磁化方向相反时，有小电阻r1，大电阻R2会泽信息港，两者相当于串联，得一个大电阻。两条支路并联，得到一个大电阻。
4.巨磁阻材料在生活中的应用
巨磁阻材料在数据读出磁头，磁随机存储器和传感器上有广泛的应用前景。
众所周知，计算机硬盘是通过磁介质来存储信息的。一块密封的计算机硬盘内部包含若干个磁盘片，磁盘片的每一面都被以转轴为轴心、以一定的磁密度为间隔划分成多个磁道，每个磁道又被划分为若干个扇区。磁盘片上的磁涂层是由数量众多的、体积极为细小的磁颗粒组成，若干个磁颗粒组成一个记录单元来记录1比特（bit）信息，即沈阳师范大学文学院0或1。磁盘片的每个磁盘面都相应有一个磁头。当磁头“扫描”过磁盘面的各个区域时，各个区域中记录的不同磁信号就被转换成电信号，电信号的变化进而被表达为“0”和“1”，成为所有信息的原始译码。
最早的磁头是采用锰铁磁体制成的，该类磁头是通过电磁感应的方式读写数据。然而，随西菲律宾海
着信息技术发展对存储容量的要求不断提高，这类磁头难以满足实际需求。因为使用这种磁头，磁致电阻的变化仅为1%～2%之间，读取数据要求一定的强度的磁场，且磁道密度不能太大，因此使用传统磁头的硬盘最大容量只能达到每平方英寸20兆位。硬盘体积不断变小，容量却不断变大时，势必要求磁盘上每一个被划分出来的独立区域越来越小，这些区域所记录的磁信号也就越来越弱。
目前，采用GMR材料研制的新一代硬盘读出磁头，已经把存储密度提高到560亿位/平方英寸，该类型磁头已占领磁头市场的90%～95%。随着低电阻高信号的TMR材料的研制成功，使得存储密度达到了1000亿位/平方英寸。正是借助了巨磁阻材料，人们才能够制造出如此灵敏的磁头，能够清晰读出较弱的磁信号，并且转换成清晰的电流变化。巨磁阻磁头的出现引发了硬盘的“大容量、小型化”革命。如今，笔记本电脑、音乐播放器等各类数码电子产品中所装备的硬盘，基本上都应用了巨磁阻材料。由于磁头是由多层不同材料薄膜构成的结构，因而只要在巨磁阻效应依然起作用的尺度范围内，未来将能够进一步缩小硬盘体积，提高硬盘容量。
用GMR材料制备的磁随机存取存储器作为计算机内存芯片将是下一步推进计算机技术发展
的一场革命，并有可能取代半导体芯片。巨磁阻随机存取存储器是采用纳米制造技术，把沉积在基片上的SV-GMR薄膜或TMR薄膜制成图形阵列，形成存储单元，以相对两磁性层的平行磁化状态和反平行磁化状态分别代表信息“1”和“0”；与半导体存储器一样，是用电检测由磁化状态变化产生的电阻值之差进行信息读出的一种新型磁存储器。MRAM潜在的重要优点是非易失性，抗辐射能力强、寿命长。这些优良的性能是DRAM、SRAM等半导体存储器所不具备的。同时，它还兼有后者具有的大容量、高速存取、低成本、高集成度等特点。
巨磁阻传感器可广泛的应用于家用电器，汽车工业和自动控制技术中，对角度，转速，加速度，位移等物理量进行测量和控制，与各向异性磁阻传感器相比，具有灵敏度更高，线性范围更宽，寿命更长等优点。
5.结束语
巨磁阻材料有着广阔应用范围和重要理论研究价值。GMR材料的研究是一项有巨大发展潜力的事业，其发展必定带来人类技术文明的进一步发展。由GMR材料制成的实用器件对电子信息的贡献更是不言而喻的。如今巨磁阻材料的应用已经基本彻底改变了人们的生活。
这也表明GMR材料在未来外存储器市场将会拥有更广泛的市场,并占有非常重要的地位。它将促进我国计算机技术的发展并带来巨大的经济效益。
参考文献
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3. 信息存储材料：电子器件从 “吉时代"到“太时代"跨越 cntp新材料
4. 钱正洪,白茹,黄春奎,吴建得 先进磁电子材料和器件 仪表技术与传感器 1002-1841(2009)增-0096-0
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