Введение

Изменение сопротивления, вызванное магнитным воздействием

Магниторезистентность – это способность материала (часто ферромагнитного) изменять значение своего электрического сопротивления в присутствии внешнего магнитного поля. Существует множество эффектов, которые можно отнести к магниторезистентности. Некоторые из них наблюдаются в объемных немагнитных металлах и полупроводниках, таких как геометрическая магниторезистентность, осцилляции Шубникова — де Хааса или обычная положительная магниторезистентность в металлах. Другие эффекты возникают в магнитных металлах, например, отрицательная магниторезистентность в ферромагнетиках или анизотропная магниторезистентность (АМР). Наконец, в многокомпонентных или многослойных системах (например, в магнитных туннельных переходах) можно наблюдать гигантскую магниторезистентность (GMR), туннельную магниторезистентность (TMR), колоссальную магниторезистентность (CMR) и экстраординарную магниторезистентность (EMR). Первый магниторезистивный эффект был открыт в 1856 году Уильямом Томсоном, более известным как лорд Кельвин, однако ему не удалось уменьшить электрическое сопротивление чего-либо более чем на 5%. В настоящее время известны системы, включающие полуметаллы и концентрические кольцевые структуры EMR, в которых магнитное поле способно изменять сопротивление на несколько порядков. Поскольку различные механизмы могут влиять на сопротивление, целесообразно отдельно рассматривать случаи, когда оно зависит от магнитного поля напрямую (например, геометрическая магниторезистентность и многополосная магниторезистентность), и случаи, когда это происходит косвенно через намагниченность (например, АМР и TMR).

Открытие

Уильям Томсон (лорд Кельвин) впервые обнаружил обычный магниторезистентный эффект в 1856 году. Он экспериментировал с образцами железа и обнаружил, что сопротивление увеличивается, когда ток направлен параллельно магнитному полю, и уменьшается, когда ток направлен перпендикулярно магнитному полю. Затем он провёл аналогичный эксперимент с никелем и обнаружил, что он подвержен тому же эффекту, но его величина была больше. Этот эффект называется анизотропным магниторезистентным эффектом (АМР). В 2007 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг совместно получили Нобелевскую премию за открытие гигантского магниторезистентного эффекта.

Сноски

Второй. (Обычный) эффект Холла меняет знак при изменении направления магнитного поля и является орбитальным эффектом (не связанным со спином), обусловленным силой Лоренца. Трансверсальный АМР (планарный эффект Холла) не меняет знак и вызван спин-орбитальным взаимодействием.