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{{noteTA
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|G1=物理学|G2=Chemistry
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'''磁阻效應'''（{{lang-en|Magnetoresistance}}，簡稱{{lang|en|MR}}），是指材料的[[電阻]]隨著外加[[磁場]]之變化而改變的效應，其物理量的定義，是在有無磁場下的電阻差除上原先電阻，用以代表電阻變化率。有多種可以稱為磁阻的效應：一些發生在大量非磁性金屬和半導體中，例如幾何磁阻，[[舒勃尼科夫-德哈斯效应|舒勃尼科夫-德哈斯振盪]]或金屬中常見的正磁阻<ref>A.B. Pippard: Magnetoresistance in Metals, Cambridge University Press (1989)</ref> 。其他的效應發生在磁性金屬中，例如[[鐵磁體]]中的負磁阻<ref name=Coleman>{{Citation |first1=R.V. |last1=Coleman |first2=A. |last2=Isin |title=Magnetoresistance in Iron Single Crystals|journal=Journal of Applied Physics|volume=37 |date=1966 |pages=1028 |doi=10.1063/1.1708320|bibcode = 1966JAP....37.1028C }}</ref>或各向異性磁阻（AMR）。

== 發現 ==
磁阻效應最初於1856年由威廉·汤姆森，即後來的[[开尔文勋爵]]發現<ref name=Kelvin>{{Citation |first=W. |last=Thomson |title=On the Electro-Dynamic Qualities of Metals:—Effects of Magnetization on the Electric Conductivity of Nickel and of Iron |journal=Proc. Royal Soc. London |volume=8 |date=18 June 1857 |pages=546–550 |url=http://rspl.royalsocietypublishing.org/content/8/546.full.pdf+html |doi=10.1098/rspl.1856.0144 |accessdate=2017-07-04 |archive-date=2017-03-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170304005405/http://rspl.royalsocietypublishing.org/content/8/546.full.pdf+html |dead-url=no }}</ref>，但是在一般材料中，電阻的變化通常小於5%，這樣的效應後來被稱為「常磁阻」（ordinary magnetoresistance, OMR）。他嘗試了[[鐵]]片，發現當電流與磁力方向相同時，電阻增加，當電流與磁力成90°時，電阻降低。然後他用[[鎳]]做了同樣的實驗，發現它以同樣的方式受到影響，但效果更大。這種效應被稱為各向異性磁阻（AMR）。

[[File:Animation about the magnetoresistance discovery Graphs.ogv|thumb|關於磁阻發現的動畫圖]]
[[Image:Corbino disc.PNG|thumbnail|250px|Corbino圓盤。隨著磁場關閉，由於電池連接在（無限）電導率邊緣之間，徑向電流在導電環中流動。 當沿著軸線的磁場接通時，[[洛倫茲力]]驅動電流的圓形分量，內外邊緣之間的電阻上升。這種由於磁場引起的電阻的增加被稱為“磁阻”。]]

在2007年，[[阿爾貝·費爾]]和[[彼得·格林貝格]]共同獲得諾貝爾獎，因为發現[[巨磁阻效應]]<ref>{{Citation |title=The Nobel Prize in Physics 2007 |publisher=Nobel Media AB |date=9 Oct 2007 |url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/ |accessdate=25 Jun 2014 |archive-date=2017-07-01 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170701102849/http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/ |dead-url=no }}</ref>。

== 幾何磁阻  ==
可以在Corbino圓盤上研究由於磁場對電流的直接作用引起的磁阻的一個例子（見圖）。它由一個具有完美導電輪輞的導電環組成。當沒有磁場時，電池驅動輪緣之間的徑向電流。當施加平行於環形軸的磁場時，由於[[洛倫茲力]]，電流的圓形分量也流動。 Giuliani提供了圓盤的討論<ref name=Giuliani>{{cite journal |author=G Giuliani, |title=A general law for electromagnetic induction |year=2008 |journal=EPS |volume=81 |url=http://www.iop.org/EJ/article/0295-5075/81/6/60002/epl_81_6_60002.html |doi=10.1209/0295-5075/81/60002 |pages=60002|bibcode = 2008EL.....8160002G |issue=6 |arxiv = 1502.00502 }}</ref>。這個問題的最初興趣始於玻爾茲曼，並於1811年由Corbino獨立審查<ref name=Giuliani/>。

在一個簡單的模型中，假設對洛倫茲力的響應與電場相同，載流子速度'''v'''由下式給出：
:<math> \mathbf{v} = \mu \left( \mathbf{E} + \mathbf{v \times B} \right), \ </math>

其中μ是載流子遷移率。求解出速度，我們發現：

:<math>\mathbf{v} = \frac{ \mu}{1+(\mu B)^2} \left( \mathbf{E} + \mu \mathbf{E \times B} + \mu^2 (\mathbf{B \cdot E}) \mathbf{B}  \right) = 
   \frac{ \mu}{1+(\mu B)^2} \left( \mathbf{E}_{\perp} + \mu \mathbf{E \times B}\right) + \mu\mathbf{E}_{\parallel} , \ </math>

其中由於'''B'''場（對於垂直於該場的運動）的移動性的有效降低是顯而易見的。電流（與速度的徑向分量成比例）隨著磁場的增加而減小，因此器件的電阻將增加。 這種磁阻場景敏感地依賴於器件幾何形狀和電流線，並且'''不依賴於磁性材料'''。

== 各種磁阻效應 ==
;常磁阻（Ordinary Magnetoresistance, OMR）
:對所有非磁性金屬而言，由於在磁場中受到[[洛伦兹力]]的影響，傳導電子在行進中會偏折，使得路徑變成沿曲線前進，如此將使電子行進路徑長度增加，使電子碰撞機率增大，進而增加材料的電阻。
;巨磁阻（Giant Magnetoresistance, GMR)
:[[巨磁阻效應]]存在於鐵磁性(如：Fe, Co, Ni)/非鐵磁性(如：Cr, Cu, Ag, Au)的多層膜系統，由於非磁性層的磁交換作用會改變磁性層的傳導電子行為，使得電子產生程度不同的磁散射而造成較大的電阻，其電阻變化較常磁阻大上許多，故被稱為「巨磁阻」。1988年由法國物理学家[[阿爾貝·費爾]]與德國物理学家[[彼得·格林貝格]]分別發現的巨磁阻效應，也被視為是[[自旋電子學]]的發源。
;超巨磁阻（Colossal Magnetoresistance, CMR）
:[[超巨磁阻效應]]存在於具有鈣鈦礦(Perovskite)ABO<sub>3</sub>的陶瓷氧化物中。其磁阻變化隨著外加磁場變化而有數個數量級的變化。其產生的機制與巨磁阻效應(GMR)不同，而且往往大上許多，所以被稱為「超巨磁阻」。
;異向磁阻（Anisotropic magnetoresistance, AMR）
:有些材料中磁阻的變化，與磁場和電流間夾角有關，稱為異向性磁阻效應。此原因是與材料中[[s軌域]]電子與[[d軌域]]電子散射的[[各向異性]]有關。
;[[隧道磁阻|穿隧磁阻效應]]（Tunnel Magnetoresistance, TMR）
:穿隧磁阻效應是指在鐵磁-絕緣體薄膜(約1奈米)-鐵磁材料中，其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對方向變化的效應。此效應首先於1975年由Michel Julliere在鐵磁材料(Fe)與絕緣體材料(Ge)發現；室溫穿隧磁阻效應則於1995年，由Terunobu Miyazaki與Moodera分別發現。此效應更是[[磁阻式隨機存取記憶體]]（MRAM）與硬碟中的[[磁性讀寫頭]]的科學基礎。

== 参阅 ==
{{wiktionary|magnetoresistance}}
{{commons category|magnetoresistance}}

* [[巨磁阻效应]]
* [[超巨磁阻效应]]
* [[磁阻式隨機存取記憶體]](MRAM)

==参考资料==
{{reflist}}

{{DEFAULTSORT:C}}
[[Category:磁序]]
[[Category:自旋电子学]]