Um alle Funktionen dieser Seite zu nutzen, aktivieren Sie bitte die Cookies in Ihrem Browser.
my.chemie.de
Mit einem my.chemie.de-Account haben Sie immer alles im Überblick - und können sich Ihre eigene Website und Ihren individuellen Newsletter konfigurieren.
- Meine Merkliste
- Meine gespeicherte Suche
- Meine gespeicherten Themen
- Meine Newsletter
AMR-Effekt
Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
BeobachtungenBesonders gut lässt sich der Effekt beobachten in einer dünnen (ca. 20 nm) Schicht aus sogenanntem Permalloy. Das ist eine Legierung aus Nickel (81%) und Eisen (19%). Es lässt sich feststellen, dass der elektrische Widerstand der Schicht abhängig vom äußeren Magnetfeld ist. Weiterhin kann man beobachten, dass nur Magnetfeldkomponenten in der Schichtebene einen merklichen Einfluss auf den Widerstand haben. Der elektrische Widerstand ist am größten, wenn das äußere Magnetfeld in der Stromrichtung oder gegen die Stromrichtung gerichtet ist. Am kleinsten ist der Widerstand, wenn das äußere Magnetfeld senkrecht zur Stromrichtung in der Schichtebene gerichtet ist. Die Stärke des äußeren Magnetfeldes spielt hierbei allerdings auch eine Rolle. Sie muss für das Experiment groß genug sein, um die Magnetisierung der Schicht in die Richtung des äußeren Feldes zu zwingen. Dies sollte ab eine Feldstärke ca. 10 kA/m (für Permalloy) der Fall sein. Geometrische Beschreibung des EffektsHier nützt man aus, dass der elektrische Widerstand für elektrische Ströme parallel und senkrecht zur Magnetisierungsrichtung unterschiedlich groß ist. Es ist hauptsächlich ein geometrischer Effekt. Der Leiter muss sehr kurz und sehr breit sein, damit keine Hallspannung entstehen kann, welche die auf die Ladungsträger (meist Elektronen) wirkende Lorentzkraft kompensiert. Die Elektronen fließen um einen Winkel Θ gekippt zur Horizontalen. Der Pfad wird somit länger und es entsteht ein höherer Widerstand, der über einfache Elektronik ausgelesen wird. Er berechnet sich dann zu:
Dabei ist die Elektronenbeweglichkeit im Magnetfeld und Bz das Magnetfeld in z-Richtung. Stromfluss in x-Richtung, d.h. der Leiter ist in x-Richtung lang und in y-Richtung breit. AMR wird vor allem bei Leseköpfen (seit 1990) in Computerfestplatten angewendet, aber auch bei MRAM–Chips (Magneto-resistive Random Access Memory) für die Raumfahrt. In günstigen Fällen liegt die Effektgröße ∆R / R zwischen 3 – 4 % und ist daher zu klein für die Massenproduktion kostengünstiger MRAM –Speicher. Theoretische Beschreibung des EffektsBetrachtet wird eine Probe eines ferromagnetischen Materialquaders für den gilt: Länge >> Breite >> Dicke. Der betrachtete Stromdichtevektor und der Magnetfeldvektor liegen in der Ebene, die durch Länge und Breite aufgespannt werden. Ein von außen auf das Material wirkendes Magnetfeld dreht die interne Magnetisierung der Weiß'schen Bezirke des Materials so, dass diese sich mit steigender Magnetfeldstärke immer mehr an dem äußeren Feld orientieren. Ist die Feldstärke des äußeren Felds stark genug so ist die Orientierung der internen Magnetisierung und des äußeren Feldes gleich. Nun kommt es darauf an, wie der Stromdichtevektor des durch das Material fließenden Stroms und der Magnetfeldvektor der internen Magnetisierung zueinander stehen. Stehen sie senkrecht aufeinander, so ist der Widerstand des Materials minimal, sind sie parallel zueinander so ist der Widerstand maximal. Der sich ergebene Widerstand lautet : , wobei ist der Widerstand falls beide Vektoren parallel sind, ist der Widerstand falls beide Vektoren senkrecht zueinander sind. Wie man aus der Gleichung erkennt, kann man anhand des Widerstands zwar den Betrag des Winkels bestimmen, aber nicht dessen Vorzeichen. Mögliche Werte liegen im Bereich zwischen und . Um dieses Problem zu beheben ist die sog. Barberpole-Anordnung entwickelt worden. Mit ihrer Hilfe kann man im Intervall zwischen -45° und +45° den Winkel genau bestimmen. Ein weiterer Vorteil der Barberpole-Anordnung ist, dass sie für kleine Winkeländerungen um die 0° nahezu lineares Verhalten aufweist. Kommerzielle VerwendungMagnetoresistive Sensoren unter Nutzung des anisotropen magnetoresistiven Effekts (AMR-Effekts) finden sowohl im Automobilindustrie [1] als auch im industriellen Bereich. Siehe auch
Quellen
Kategorien: Festkörperphysik | Magnetismus |
|
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel AMR-Effekt aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |