巨磁阻（Giant Magnetoresistance）簡介

巨磁阻（Giant Magnetoresistance）簡介
國立臺灣師範大學物理系吳幸璇碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

巨磁阻效應是二十世紀末最偉大的發明之一，其發明開啟了自旋電子學（spintronics）領域的蓬勃發展，使得今日的科技大大向前躍進。

巨磁阻現象的發現是在1988年由德國尤利西研究中心的彼得‧葛倫伯格（Peter Grunberg）和巴黎第十一大學的艾爾伯‧費爾（Albert Fert）分別獨立發現，兩人共同獲得2007年諾貝爾物理學獎；而另外一位對巨磁阻有重大貢獻的科學家則是IBM實驗室的史都華‧帕金（Stuart S. P. Parkin），他將巨磁阻應用到常溫，並且做了很多新材料的開發及改良，使得巨磁阻的技術加速發展，並與工業界成熟的製程技術相接軌。

在深入探討巨磁阻現象之前讓我們先簡單的介紹一些基本的名詞，首先「自旋」（spin）是一種具有方向的物理特性，其中電子的自旋分為「自旋向上」（spin up）及「自旋向下」（spin down）（上、下的相對方位通常和我們所外加的磁場有關）。

磁偶極矩也是一種具有方向的物理特性，其來源分為兩者，分別為電子自旋及電子繞著原子核在軌道上運行；當物質的磁偶極矩相互加成後仍有靜磁矩存在，並且形成原子磁矩順向排列的磁區時，則稱之為「鐵磁性物質」。

而所謂磁阻是指電阻受到外加磁場後所產生的變化，舉例來說，若為負磁阻則表示電阻值隨著磁場的增加而減少，反之正磁阻則表示電阻值隨外加磁場增加而增加。

巨磁阻現象

巨磁阻現象是把鐵磁性物質和一般金屬製作成複合式多層膜的結構，各膜層厚度在奈米尺寸，此時稱之為超晶格，將此多層膜放置到磁場中時，若磁場強度增加時，則磁阻會明顯下降。

彼得‧葛倫伯格的研究小組在最初的研究中只研究了由鐵、鉻、鐵三層材料所組成的結構物質，由他們的實驗結果顯示出電阻下降了1.5%；而艾爾伯‧費爾的研究小組則是研究了由鐵和鉻組成的多層材料，圖一是由艾爾伯‧費爾的研究小組的實驗結果，橫軸表示外加的磁場（即為磁化的強度），縱軸則為磁化時的電阻和無磁化的電阻（外加磁場為0時）之比值，由實驗顯示鐵和鉻之比例不同則可使電阻下降的程度不同，發現最多可使得電阻下降50%。