现代电子材料与元器件_8.ppt

8.7 磁性材料 3 矩磁材料 磁心存储器的工作原理 利用矩磁材料具有矩磁磁滞回线的特性，与饱和磁感应强度Bm大小相近的两种剩磁状态+Br和-Br分别代表“l”和“0” 当输入一个+Im电流脉冲时，相当于磁心受到+Hm磁场的激励而被磁化到+Bm。脉冲过后，磁心保留+Br状态，表示存入信号“1”。反之，输入-Im电流脉冲时，磁心保留-Br状态，表示存入信号“0”。 图8.31 磁心存储器原理 8.7 磁性材料 3 矩磁材料 磁心存储器的工作原理 在读出信息时，可通入-Im电流脉冲，如果原来存入的信号是“0”，则磁感应强度的变化由-Br→-Bm，变化很小，感应电压也很小，相当于没有信号电压输出，表示输出为零。而原有信号为“1”时，则磁感应强度由Br→-Bm，变化很大，故有明显的电压信号输出。这样，根据磁感应电压的大小，就可判断磁心所存储的信息。 图8.31 磁心存储器原理 8.7 磁性材料 3 矩磁材料 要求： ①剩磁比要高，特殊情况下还要求B-1/2/Bm要高； ②矫顽力要小； ③开关系数要小； ④损耗低； ⑤对温度、振动等外界因素的时间稳定性要好。 铁氧体材料形成矩形磁滞回线的条件是结晶各向异性和应力各向异性。一般密度高、晶粒均匀、结晶各向异性较大的尖晶石型铁氧体都可制成磁性能较好的矩磁材料。 8.8 磁性元器件 2 磁光存储 磁光存储是数字数据存储技术中很有效的技术手段之一。磁光盘上具有很多同圆心的磁轨，每个磁轨上又可划分成若干个的片段或单元。 磁光存储兼有磁存储和光存储两者的优点，具有可擦写、高密度、非接触、随机存取和不易变的特点。 基本方式是用激光束照射磁性薄膜，实现热磁记录和擦除信息，应用磁光法拉第或克尔效应读出信息。 8.8 磁性元器件 2 磁光存储 热磁写入 居里温度写入 补偿温度写入 激光热磁写入示意图 外加偏磁场使磁光膜磁化到饱和，然后在剩磁状态下用激光束照射，磁光膜的局部温度上升，当温度TTC时，微区转变为顺磁区，Ms=0。除去激光后，温度下降到TTC，磁化强度开始增大。在周围的退磁场Hd和外加偏磁场Hb作用下，磁化方向与原方向相反。 8.8 磁性元器件 2 磁光存储 读出 利用透射的磁光法拉第效应 利用反射的极向磁光克尔效应 磁光克尔效应读出示意图 当偏振光从磁薄膜表面反射，产生磁光克尔旋转，其旋转方向完全取决于偏振光传播方向平行或反平行于磁化强度方向，平行时取正，反平行时取负。根据旋转的正负方向，通过光电检测器鉴别出这两种状态，从而读出二进制信息的“l”或“0”。 * 第八章磁电子学材料与器件 光电工程学院微电子教学部 冯世娟 fengsj@cqupt.edu.cn 概述 磁性的来源 电荷的运动是一切磁现象的根源。 电子轨道运动产生电子轨道磁矩 电子自旋产生电子自旋磁矩 原子核由于其自身的自转也具有核磁矩，但非常小 8.3 磁性的分类 物质磁性分类的原则 A. 是否有固有原子磁矩？ B. 是否有相互作用？ C. 是什么相互作用？ 物质磁性的分类 抗磁性：没有固有原子磁矩 顺磁性：有固有磁矩，没有相互作用 铁磁性：有固有磁矩，直接交换相互作用 反铁磁性：有固有磁矩，间接交换相互作用 亚铁磁性：有固有磁矩，间接交换相互作用 每一种材料至少表现出其中一种磁性，这取决于材料的成分和结构。 8.3 磁性的分类 1 抗磁性 8.3 磁性的分类 2 顺磁性 8.3 磁性的分类 3 铁磁性 具有高的饱和磁化强度，因而表现出很强的磁性。 对于大多数铁磁性材料来说，在不太强的磁场中（103~104A/m，）就可以磁化到饱和磁化状态。 磁化率数值很大，χ~1?105，并且是温度和磁场的函数。 存在磁性转变的特征温度－Curie 温度，温度低于Curie 温度时呈铁磁性；高于Curie 温度时表现为顺磁性，其磁化率温度关系服从Curie-Weiss 定律。 磁化强度M 和磁场H 之间不是单值函数，存在磁滞现象。 饱和磁化强度与温度的关系 大多数铁磁性材料具有磁晶各向异性和磁致伸缩效应。 8.3 磁性的分类 4 亚铁磁性 8.3 磁性的分类 5 反铁磁性 8.4 铁磁交换作用 1 磁相互作用 直接交换相互作用 超交换相互作用 双交换相互作用 RKKY相互作用 它来源于量子力学全同粒子系的特性，即来源于电子之间的交换，能发生交换作用的电子之间需要电子云或轨道有较多的交迭。 绝大多数反铁磁物质和亚铁磁物质都是非导电的化合物，阳离子的近邻都是阴离子，因而金属磁性离子的电子壳层之间已不可能存在着交迭，1934年提出离子晶体中的交换作用可以通过阴离子的激发态（自旋磁矩不为零）来间接完成。 稀土元素的磁矩来自内层 4f 电子，它的外层有5s、5p、5d、6s 电子做屏蔽，两个稀土离子