Badanie czujników pola magnetycznego wykorzystujących zjawisko
advertisement
Badanie czujników pola magnetycznego wykorzystujących zjawisko gigantycznego magnetooporu Uczestnicy: Łukasz Grabowski Barbara Latacz Kamil Mrzygłód Michał Papaj Opiekunowie naukowi: prof. dr hab. Jan Gaj prof. dr Tomasz Giebułtowicz Magnetoopoór Magnetorezystancja to właściwość materiału polegająca na zmianie jego oporu elektrycznego pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Znane rodzaje magnetooporu: • GMR - gigantyczna magnetorezystancja • OMR - zwykła magnetorezystancja • TMR - tunelowa magnetorezystancja • CMR - kolosalna magnetorezystancja • BMR - balistyczna magnetorezystancja • EMR - nadzwyczajna magnetorezystancja • AMR - anizotropowa magnetorezystancja Odkrycie zjawiska • zjawisko magnetooporu (OMR) jako pierwszy odkrył William Thomson (lord Kelvin) w 1856 roku • zjawisko GMR zostało odkryte w 1988 roku niezależnie przez grupy badawcze Petera Grünberga i Alberta Ferta • za to odkrycie przyznana została Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki w 2007 roku Mechanizm zjawiska GMR • opór materiałów wielowarstwowych silnie zależy od zewnętrznego pola magnetycznego • źródłem GMR jest zależność rozpraszania elektronów od ich spinu • elektrony o danej orientacji spinu są silnie rozpraszane w warstwie o pewnym kierunku namagnesowania, a słabo w warstwie o przeciwnym namagnesowaniu Mechanizm zjawiska GMR Mechanizm zjawiska GMR • warstwy Fe/Cr/Fe sprzężone antyferromagnetycznie • zewnętrzne pole powoduje zmianę konfiguracji z antyrównoległej na równoległą • konfiguracja równoległa powoduje zmniejszenie się oporu, antyrównoległa stawia duży opór Mechanizm zjawiska GMR • zjawisko zachodzi zarówno dla prądu płynącego prostopadle, jak i równolegle do warstw • warunek: grubość warstw niemagnetycznych musi być mniejsza od średniej drogi swobodnej elektronu • zmiany oporu w układach wielowarstwowych mogą sięgnąć kilkudziesięciu procent Zastosowania GMR • głowice odczytujące w dyskach twardych • magnetometry (pomiar indukcji pola magnetycznego) • czujniki położenia • kompasy Budowa czujnika RG – opornik wykonany z materiału podatnego na wpływ pola magnetycznego, R – zwyczajny opornik o oporze 5 kΩ, UZ – napięcie zasilające czujnik (4,75 V), UM – napięcie zmierzone miernikiem uniwersalnym. Kalibracja bezwzględna Kalibracja bezwzględna Podczas kalibracji korzystaliśmy z poniższego wzoru uzależniajęcgo indukcję pola magnetycznego B od natężenia prądu I w cewce: Kalibracja bezwzględna Wykres: Zależność napięcia na czujniku GMR od wartości indukcji pola magnetycznego U(B). Współczynnik regresji a=31,16±0,63, b=0,00032±0,00004. Współczynnik korelacji r=0,994. Badanie histerezy Badanie histerezy Wykres: Zależność napięcia na czujniku GMR od indukcji pola magnetycznego U(B). Badanie zależności kątowej Badanie zależności kątowej Wykres: Zależność napięcia na czujniku GMR od kąta nachylenia do prostopadłej do linii indukcji pola magnetycznego. Pole magnetyczne magnesów trwałych Zależność pola od odległości wzdłuż osi dipola Współczynniki dopasowanej prostej: a=-3,00±0,06, b=-6,30±0,07. Współczynnik korelacji r=0,991. Zależność pola od odległości wzdłuż symetralnej osi dipola Współczynniki dopasowanej prostej: a=-2,51±0,08, b=-6,1±0,01. Współczynnik korelacji r=0,98. Zależność pola od odległości wzdłuż osi kwadrupola Współczynniki dopasowanej prostej: a=-3,94±0,04, b=-8,47±0,12. Współczynnik korelacji r=0,997. Zależność pola od odległości wzdłuż symetralnej osi kwadrupola Współczynniki dopasowanej prostej: a=-5,18±0,02, b=-12,07±0,06. Współczynnik korelacji r=0,999. WNIOSKI • zmiana napięcia na czujniku GMR zależy liniowo od zmiany indukcji pola magnetycznego dla większości zakresu pomiarowego czujnika, • główny wpływ na zmianę oporu czujnika GMR ma składowa indukcji pola magnetycznego równoległa do płaszczyzny czujnika, • pole magnetyczne zmienia się zgodnie z przewidywaniami teoretycznymi dla pomiarów wzdłuż osi magnesu, zaś przy mierzeniu pola wzdłuż symetralnej ujawniają się odstępstwa
