由一道中考题谈巨磁电阻效应:巨磁电阻效应

时间：2019-02-02 03:25:24　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　例　(盐城市2010年中考物理试题)阅读短文，回答问题：　　巨磁电阻效应　　1988年阿尔贝・费尔和彼得・格林贝格尔发现，在铁、铬相间的三层复合膜电阻中，微弱的磁场可以导致电阻大小的急剧变化，这种现象被命名为“巨磁电阻效应”。
　　更多的实验发现，并非任意两种不同金属相问的三层膜都具有“巨磁电阻效应”，组成三层膜的两种金属中，有一种是铁、钴、镍这三种容易被磁化的金属中的一种，另一种是不易被磁化的其他金属，才可能产生“巨磁电阻效应”。
　　进一步研究表明，“巨磁电阻效应”只发生在膜层的厚度为特定值时，用R0表示未加磁场时的电阻，R表示加入磁场后的电阻，科学家测得铁、铬组成的复合膜R与R0之比与膜层厚度d(三层膜厚度均相同)的关系如乙图所示。
　　1994年IBM公司根据“巨磁电阻效应”原理，研制出“新型读出磁头”，将磁场对复合膜阻值的影响转换成电流的变化来读取信息，
　　(1)以下两种金属组成的三层复合膜可能发生“巨磁电阻效应”的是(　)。
　　A.铜、银　B.铁、铜　C.铜、铝　D.铁、镍
　　(2)对铁、铬组成的复合膜。当膜层厚度是1.7nm时，这种复合膜电阻　(选填“具有”或“不具有”)“巨磁电阻效应”。
　　(3)“新型读出磁头”可将微弱的
　　信息转化为电信息。
　　(4)铁、铬组成的复合膜，发生“巨磁电阻效应”时。其电阻R比未加磁场时的电阻R0_________(选填“大”或“小”)得多。
　　(5)丙图是硬盘某区域磁记录的分布情况，其中1表示有磁区域，0表示无磁区域，将“新型读出磁头”组成如图所示电路，当磁头从左向右匀速经过该区域过程中，电流表读数变化情况应是丁图中的。
　　解析　本题是一道综合分析题，涉及到巨磁阻效应方面的知识主要有：巨磁阻材料、效应以及巨磁阻技术在计算机硬盘上的应用，对(1)―(4)问的考查，要求同学们通过阅读短文和对题中的图像图表的分析来获取信息。从而进行正确的分析判断推理，其中最为关键的是要能够看懂乙图，在发生巨磁阻效应时电阻是急剧减小而不是增大，一般减小的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值约高10余倍，第(5)问设计比较新颖，有明显的区分度，要求同学们能够分析出：区域1――有磁――电阻小、电流大；区域0――无磁――电阻大、电流小。
　　答案(1)B(2)具有(3)磁(4)小(5)B
　　
　　
　　这道中考试题，不仅仅是对同学们阅读材料的能力、分析图像图表的能力等基础知识和技能的考查。更重要的是让同学们了解巨磁阻技术在计算机硬盘等领域的广泛应用。认识到像巨磁阻效应这些科学技术就在我们身边，就在我们不曾留意的日常生活中，那么什么是巨磁电阻?它有哪些应用呢?
　　事实上。磁性金属和合金一般都有磁电阻现象，所谓磁电阻实际是指在一定磁场下电阻会发生改变的现象1988年。法国科学家阿尔贝・费尔在铁、铬相间的多层膜电阻中发现。微弱的磁场变化可以导致电阻大小的急剧变化。其变化的幅度比通常高十几倍，有趣的是，就在此前三个月，德国科学家彼得・格林贝格尔教授领导的研究小组在具有层间反平行磁化的铁、铬、铁三层膜结构中也发现了完全同样的现象，即非常弱小的磁性变化就能导致磁性材料的电阻发生非常显著的变化，巨磁电阻(GMR)效应是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在显著变化的现象，因为这一成果，阿尔贝・费尔和彼得・格林贝格尔共同获得了2007年诺贝尔物理学奖。
　　我们知道，计算机硬盘通常是磁性材料，磁头在写数据时改变硬盘表面磁性材料单元的极性以记录0和1，在读取数据的时候，需要探头能够识别表面单元的极性，当用巨磁电阻做的探头从一个单元移到另一个单元的过程中，如果两个单元表面极性相同，那么探头表面的磁场强弱变化不大，于是探头的电阻变化也不大；如果两个单元表面极性相反，那么探头表面的磁场强度经历一个从大到小再到大的过程，于是探头的电阻值会出现一个尖峰，只需要判断有没有这个尖峰出现就可以知道相邻两个单元的极性是否不同，再由某个已知极性的单元就可以推断当前单元的极性，电阻随磁场的变化越剧烈，探头的分辨率就越高，于是会导致计算机硬盘容量越来越大。
　　1994年，IBM公司研制成功了巨磁阻效应的新型读出磁头，将磁盘记录密度提高了17倍，1995年，该公司又宣布制成每平方英寸3GB硬盘面密度所用的新型读出磁头。创下了新的世界纪录，硬盘的容量从4GB提升到了600GB或更高，1997年，第一个基于巨磁电阻效应的数据读出磁头问世，并很快引发了硬盘的“大容量、小型化”革命，如今。笔记本电脑、音乐播放器等各类数码电子产品中所装备的硬盘。基本上都应用了巨磁电阻效应，这一技术已然成为新的标准。
　　巨磁电阻效应在实际应用中，除研制出计算机硬盘读出磁头外，还广泛应用于数控机床、汽车测速、非接触开关、旋转编码器中，与光电等传感器相比，它具有功耗低、体积小、可靠性高、能在恶劣条件中工作等优点，还可以制成随机存储器，其优点是在无电源的情况下可继续保留信息，巨磁电阻效应在高新技术领域应用的另一个重要方面是微弱磁场探测器，相信在不久的将来。巨磁电阻效应会在高新技术领域发挥更大的作用。

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