MAGNETORESISTENCIA: MATERIALES AVANZADOS

MAGNETORESISTENCIA

MATERIALES AVANZADOS

CLAUDIA PATRICIA BURBANO

JEISSON JAVIER SOLIS

PRESENTADO A:

Ph.D FEDERICO SEQUEDA OSORIO

UNIVERSIDAD DEL VALLE

FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA DE MATERIALES

SANTIAGO DE CALI

2013

Introducción

Los materiales magneto resistivos (MR) son generalmente metales puros o aleaciones ferromagnéticas. En estos materiales la magnitud de la resistividad eléctrica depende del ángulo entre las direcciones de la corriente y la magnetización y la intensidad de la magnetización. Este efecto fue descubierto en 1857 por William Thomson (después Lord Kelvin) en hierro y níquel, pero solo ha tenido aplicación práctica en los últimos años, especialmente en la grabación y recuperación de datos. En metales paramagnéticos el efecto es muy pequeño, salvo para campos magnéticos muy intensos. El cambio de resistencia Δρ es positivo y depende del ángulo entre la corriente y el vector de magnetización. Se tiene ΔρT >ΔρL, donde ΔρT corresponde al caso en que la magnetización es transversal respecto a la dirección de la corriente y ΔρL cuando la magnetización es paralela a la dirección de la corriente. El comportamiento magneto resistivo depende de la estructura de los orbitales electrónicos sobre la superficie de Fermi. Para metales paramagnéticos puros el efecto es isótropo, pero deja de serlo en materiales ferromagnéticos puros y aleaciones. La anisotropía se observa en que ΔρL aumenta con el campo mientras que ΔρT disminuye. En este caso, el origen del fenómeno es el acoplamiento spin-órbita. Este efecto se usa desde hace años en cabezas magnéticas lectoras y el material más utilizado es NiFe (permalloy), donde se han observado variaciones del orden de 20% para la variación relativa Δρ/ρ para campos no muy intensos.

1.Historia del efecto magnetoeléctrico        

En algunos cristales aislantes, campo eléctrico externo puede inducir momento magnético y el f "magnetoeléctrico". Los materiales magnéticos y ferroeléctricos están presentes en una amplia gama de la ciencia moderna y tecnología. Por ejemplo, los materiales ferromagnéticos con magnetización conmutable 𝑀 impulsados por campo magnético externo son indispensables en la industria de almacenamiento de datos. Por otro lado, la  industria de detección se basa en gran medida de los materiales ferroeléctricos con polarización espontánea 𝑃 reversible tras un campo eléctrico externo, porque la mayoría de los ferroeléctricos son ferroelastics o  piezoeléctricos con la cepa espontánea. Esto permite que tales materiales que se utilizarán en la solicitud donde la energía elástica se convierte en contrario eléctrica y el vicio. Adicionalmente, los materiales ferroeléctricos también se utilizan para el almacenamiento de datos en las memorias de acceso aleatorio (FeRAMs).

En algunos cristales aislantes, campo eléctrico externo puede inducir momento magnético y el f "magnetoeléctrico". Los materiales magnéticos y ferroeléctricos están presentes en una amplia gama de la ciencia moderna y tecnología. Por ejemplo, los materiales ferromagnéticos con magnetización conmutable 𝑀 impulsados por campo magnético externo son indispensables en la industria de almacenamiento de datos. Por otro lado, la  industria de detección se basa en gran medida de los materiales ferroeléctricos con polarización espontánea 𝑃 reversible tras un campo eléctrico externo, porque la mayoría de los ferroeléctricos son ferroelastics o  piezoeléctricos con la cepa espontánea. Esto permite que tales materiales que se utilizarán en la solicitud donde la energía elástica se convierte en contrario eléctrica y el vicio. Adicionalmente, los materiales ferroeléctricos también se utilizan para el almacenamiento de datos en las memorias de acceso aleatorio (FeRAMs).

El efecto magnetoeléctrico se conjeturó primero por P. Curie [2] en 1894, mientras que el término "magnetoeléctrico" fue acuñado por P. Debye [3] en 1926. Una predicción más rigurosa de un acoplamiento lineal entre la polarización eléctrica y la magnetización fue poco formulado por LD Landau y E. Lifshitz en un libro de su famosa serie sobre la física teórica. [4] Sólo en 1959, I. Dzyaloshinskii, [5] utilizando un argumento elegante simetría, derivan de la forma de un acoplamiento magnetoeléctrico lineal en Cr2O3. La confirmación experimental se produjo apenas unos meses más tarde, cuando se observó el efecto, por primera vez por D. Astrov. [6] El entusiasmo general que siguió a la medición del plomo efecto magnetoeléctrico lineal para la organización de la serie de MEIPIC (Interacción Magnetoeléctrica Fenómenos en cristales) conferencias. Entre la predicción de I. Dzialoshinskii y la primera edición MEIPIC (1973) se encontraron más de 80 compuestos magnetoeléctricos lineales. Recientemente, el progreso tecnológico y teórico provocó un renacimiento de estos estudios y el efecto magnetoeléctrico está todavía muy investigado.

2.  Principios básicos

2.1 ferromagnetismo

Los materiales magnéticos responden de manera diferente en el campo magnético aplicado. Metal de transición, tales como 𝐹𝑒 y 𝐶𝑜 con sus orbitales 3𝑑 exteriores, son representantes típicos de materiales ferromagnéticos. Un material ferromagnético se somete a la transición de fase desde una fase de alta temperatura por encima de 𝑇𝑐 que no tiene un momento magnético macroscópico (fase paramagnética) a una fase de baja temperatura por debajo de 𝑇𝑐 (𝑇𝑐 𝐹𝑒 = 1043𝐾) que tiene magnetización espontánea, incluso cuando el campo magnético externo es apagado. La magnetización macroscópica es causada por momentos dipolares magnéticos de los átomos que tienden a alinearse en la dirección del campo magnético. Ferromagnetos tenderá a concentrarse densidad de flujo magnético, que tienen magnetización espontánea, que conduce a su uso generalizado en aplicaciones tales como, núcleos de transformador, los imanes permanentes, y electroimanes.

Pero magnetización macroscópica no es uniforme en todo el material. En Ferroimanes, alineamiento de los dipolos atómicos es casi total sobre regiones llamadas dominios. Al aparato de campo magnético, 𝐻, la subsiguiente alineación y reorientación se lleva a cabo y los resultados en la histéresis de la magnetización y la densidad de flujo, 𝐵. Ordenamiento ferromagnético de dipolos

El ferromagneto comienza en un estado no magnetizado y al aumento de campo de inducción magnética magnética se eleva a la inducción de saturación, 𝐵𝑠. Cuando el campo se reduce a cero, la inducción disminuye a 𝐵𝑟, conocido como campo remanente. El campo inverso, 𝐻𝑐, requerida para reducir la inducción a cero se llama el coercitividad. Un bucle de histéresis típico se muestra en la Figura 2.

[pic 1]   

Figura 1  ciclo de histéresis  

La característica de ciclo de histéresis determina la idoneidad de los materiales ferromagnéticos para una aplicación particular. Por ejemplo, más bucle de histéresis de forma cuadrada, con dos estados estables de magnetización, es adecuado para el almacenamiento de datos magnético, mientras que un pequeño bucle de histéresis que se cicla fácilmente entre estados es adecuado para núcleo del transformador.

Otros tipos de ordenamiento magnético también son posibles tales como antiferromagnética (Figura 3c) o ferrimagnético (Figura 3d). Ambos se desarrollan a partir fase paramagnética (Figura 3a) por debajo de 𝑇𝑁 característica. En la fase paramagnética dipolos magnéticos están alineados al azar. Materiales en esta fase son ligeramente atraído por un campo magnético, pero el material no se conservan las propiedades magnéticas cuando se retira el campo externo. En la fase antiferromagnético los momentos magnéticos de los átomos o las moléculas se alinean en un patrón regular con vecina hace girar apuntando en direcciones opuestas. En general, el orden antiferromagnético puede existir a temperaturas suficientemente bajas, desapareciendo en y por encima de una cierta temperatura conocida como la 𝑇𝑁 temperatura Neel. Aniferromagnets típicos son 𝑀𝑛0 (𝑇𝑁 = 116𝐾), 𝑀𝑛𝑆 (𝑇𝑁 = 160𝐾) y 𝐹𝑒𝑂 (𝑇𝑁 = 198𝐾). Una interacción antiferromagnético actúa para espines vecinos anti-align. Interacción 𝐽 plazo entre giros define la naturaleza del ordenamiento magnético. Si 𝐽> 0 los espines están alineados y el orden es ferromagnético, por término giros contra alineados interacción 𝐽 <0 y el orden es antiferromagnético.

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