Magnetovarža

Šiam straipsniui ar jo daliai trūksta išnašų į patikimus šaltinius. Jūs galite padėti Vikipedijai pridėdami tinkamas išnašas su šaltiniais.

Šį straipsnį ar jo skyrių reikėtų peržiūrėti. Būtina ištaisyti gramatines klaidas, patikrinti rašybą, skyrybą, stilių ir pan. Ištaisę pastebėtas klaidas, ištrinkite šį pranešimą.

Magnetovarža – vyksmas, kai medžiagos (ar sistemos) elektrinė varža kinta, paveikta išorinio magnetinio lauko. Magnetovarža vadinami įvairūs vyksmai, vykstantys skirtingose medžiagose. Daugelyje nemagnetinių metalų ir puslaidininkių galima pastebėti geometrinę magnetovaržą, Šubnikovo de Haazo osciliacijas ar įprastinę teigiamąją magnetovaržą. Magnetiniuose metaluose šis reiškinys pasireiškia kaip neigiamoji magnetovarža feromagnetikuose arba anizotropinė magnetovarža. Taip pat, jeigu turima daugiasluoksnė ar daugiakomponentė sistema, galima stebėti didžiąją magnetovaržą (GMR – angl. giant magnetorsistance), tunelinę magnetovaržą (TMR – angl. tunnel magnetoresistance), milžiniškąją ar kolosaliąją magnetovaržą (CMR – angl. colossal magnetoresistance) ir nepaprastąją magnetovaržą (EMR – angl. extraordinary magnetoresistance).

Magnetovaržos reiškinys buvo atrastas 1856 m. Viljamo Tomsono (William Thomson), geriau žinomo kaip Lordas Kelvinas (Lord Kelvin). Jis savo laiku sugebėjo išgauti didžiausią 5 % elektrinės varžos sumažėjimą. Tačiau naudojant šiuolaikines technologijas, tokias kaip pusmetalių ar koncentrinių žiedų EMR struktūros, galima gauti atvejus, kai magnetinis laukas varžos vertę pakeičią keliomis dydžio eilėmis. Kadangi varža gali priklausyti nuo magnetinio lauko naudojant įvairius prietaisus, yra naudinga šią savybę išnaudoti tiesiogiai paveikiant medžiagą magnetiniu lauku (geometrinė magnetovarža ar daugiajuostė magnetovarža) arba kai veikimas yra netiesioginis (AMR, TMR).

Atradimas

Viljamas Tomsonas pirmasis atrado magnetovaržos efektą 1856 m. Tai atliko eksperimentuodamas su geležies gabalėliais ir pastebėjęs, kad kai srovė tekanti per geležį yra tos pačios krypties kaip ir magnetinio lauko linijų kryptis, geležies varža padidėja arba pamažėja, kai srovės tekėjimo kryptis sudaro statų kampą (90°) su magnetinių jėgų lauko linijomis. Taip pat jis atliko tą patį eksperimentą su nikeliu ir pastebėjo identišką efektą, tačiau efektas buvo gerokai didesnis. Šis efektas vadinamas anizotropine magnetovarža (AMR).

2007 m. Albertas Fertas (Albert Fert) ir Peteris Griunbergas (Peter Grünberg) buvo apdovanoti Nobelio premija už didžiosios magnetovaržos atradimą, kuris padarė didelę įtaką šiuolaikiniams kietiesiems diskams (HDD).

Veikimo principas

Korbino diskas. Kai magnetinis laukas yra pastovus (indukcija pastovi) ir magnetinio lauko linijos sutampa su disko centrine ašimi bei sudaro statų kampą su disku tekančia srove, o elektros šaltinis prijungtas prie vidinio ir išorinio disko kraštų, krūvininkai juda disko viduje koncentriniais apskritimais. Tačiau, kai magnetinė indukcija yra stiprėjanti, Lorenco jėga pradeda veikti judančius krūvininkus (juos atlenkia). Todėl elektrinė varža tarp vidinio ir išorinio kraštų padidėja. Šis varžos padidėjimas vadinamas magnetovarža.

Kadangi žinome, kad magnetinis laukas keičia judančio krūvininko trajektoriją ir tuo pačiu medžiagos laidumą, tai galime išreikšti per bandinį tekančios srovės tankį:

${\vec {J}}=\sigma _{0}\gamma {\biggl (}{\vec {E}}+{{e\langle \tau \rangle } \over {m^{*}}}[{\vec {E}}\times {\vec {B}}]{\biggr )},\quad kur\quad \gamma =(1+\omega _{B}^{2}\langle \tau \rangle ^{2})^{-1}$

,kur:

• ${\vec {J}}$ srovės tankis;
• $\sigma _{0}$ savitasis elektrinis laidumas (laidis);
• ${\vec {E}}$ elektrinio lauko stipris;
• $\tau$ krūvininkų relaksacijos arba laisvojo lėkio trukmė;
• $m^{*}$ ciklotroninė krūvininkų masė;
• ${\vec {B}}$ magnetinio lauko indukcija;
• $\omega _{B}$ krūvininko spiralinio sukimosi kampinis (ciklotroninis) dažnis.

Taigi iš formulės matosi, kad magnetinio lauko poveikyje kinta srovė tekanti per tiriamą bandinį, o jo varža didėja proporcingai B². Tada įprastu atveju magnetovaržos koeficientą įvedame tokiu pavidalu:

${{\rho _{B}-\rho 0} \over {\rho 0}}={{\sigma _{0}-\sigma _{B}} \over {\sigma _{B}}}=\mu _{B}^{2}\cdot B^{2}\qquad arba\qquad \mu _{B}^{2}={{\sigma _{0}-\sigma _{B}} \over {\sigma _{B}}}\cdot {{1} \over {B^{2}}}$

Detalus nagrinėjimas rodo, kad jeigu relaksacijos laikas nepriklauso nuo energijos, tai nebus ir magnetovaržos efekto. Tai sąlygoja Holo laukas, kuris kompensuoja Lorenco jėgos komponentę ir ištiesina visų krūvininkų trajektorijas. Tačiau žymiai didesnį magnetovaržos efektą galime gauti, eliminavus Holo lauko įtaką. Tai galime atlikti tirdami bandinius, kurių storis žymiai didesnis už ilgį arba (geriausia) disko pavidalo bandinius (Korbino diskas).