Badanie czujników pola magnetycznego wykorzystujących zjawisko gigantycznego magnetooporu

Transkrypt

1 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

2 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

3 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

4 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

5 Mechanizm zjawiska GMR

6 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

7 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

8 Zastosowania GMR głowice odczytujące w dyskach twardych magnetometry (pomiar indukcji pola magnetycznego) czujniki położenia kompasy

9 Budowa czujnika R G opornik wykonany z materiału podatnego na wpływ pola magnetycznego, R zwyczajny opornik o oporze 5 kω, U Z napięcie zasilające czujnik (4,75 V), U M napięcie zmierzone miernikiem uniwersalnym.

10 Kalibracja bezwzględna

11 Kalibracja bezwzględna Podczas kalibracji korzystaliśmy z poniższego wzoru uzależniajęcgo indukcję pola magnetycznego B od natężenia prądu I w cewce:

12 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, Współczynnik korelacji r=0,994.

13 Badanie histerezy

14 Badanie histerezy Wykres: Zależność napięcia na czujniku GMR od indukcji pola magnetycznego U(B).

15 Badanie zależności kątowej

16 Badanie zależności kątowej Wykres: Zależność napięcia na czujniku GMR od kąta nachylenia do prostopadłej do linii indukcji pola magnetycznego.

17 Pole magnetyczne magnesów trwałych

18 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.

19 Współczynniki dopasowanej prostej: a=-2,51±0,08, b=-6,1±0,01. Współczynnik korelacji r=0,98. Zależność pola od odległości wzdłuż symetralnej osi dipola

20 Współczynniki dopasowanej prostej: a=-3,94±0,04, b=-8,47±0,12. Współczynnik korelacji r=0,997. Zależność pola od odległości wzdłuż osi kwadrupola

21 Współczynniki dopasowanej prostej: a=-5,18±0,02, b=-12,07±0,06. Współczynnik korelacji r=0,999. Zależność pola od odległości wzdłuż symetralnej osi kwadrupola

22 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