王海

（首都師范大學(xué)物理系 北京100037）

  摘要：簡(jiǎn)要回顧了近年來(lái)部分新型磁性材料的研究進(jìn)展，并展望了其在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

前 言

  以磁性材料為主的磁傳感器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中。已經(jīng)實(shí)用化的有鐵磁金屬薄膜（Nife, FeCo基）磁敏器件；使用Fe-Co-V合金絲的威氏器件，基于熱敏鐵氧體的熱簧開關(guān)；利用法拉第原理設(shè)計(jì)的光纖電流傳感器和隔離器；采用磁性液體設(shè)計(jì)的多維度傾斜及震動(dòng)傳感器。從使用的功能上看，磁傳感器可制成磁編碼器、位移傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、氣象傳感器、新電功能圖傳感器等等。只要設(shè)計(jì)巧妙，磁傳感器幾乎可應(yīng)用在任何自動(dòng)控制和傳感領(lǐng)域。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬盤讀出頭就是采用NiFe基薄膜制作的，雖然其磁電阻僅有2%～4%，但卻足以支撐硬盤存儲(chǔ)密度以每年50%以上的速度遞增。為了獲得了更靈敏、功能更豐富的磁傳感器，就必須研制開發(fā)出具有更高的磁電阻效應(yīng)的材料。

  1988年Fert等人在Fe/Cr多層膜中發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)（GMR）以來(lái)，伴隨隨著納米材料科學(xué)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的深入，人們?cè)谠S多人工有序新材料中發(fā)現(xiàn)了GMR效應(yīng)，而后在混錳價(jià)氧化物中發(fā)現(xiàn)的超巨磁電阻效應(yīng)（CMR）更令世人驚嘆不已。尤為重要的是IBM等公司在短短五、六年內(nèi)，并于1994年推出了基于GMR效應(yīng)的硬盤讀出頭，從而將硬盤的記錄密度提高了17倍，達(dá)到5Gb/in²(注：1in=0.0254m，下同)，使得當(dāng)時(shí)的其他主流硬盤廠商不得不充分挖掘傳統(tǒng)NiFe基讀出頭的潛力以全力迎戰(zhàn)。目前，硬盤的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)3.5in單片單面容量達(dá)到10Gb。在這一層次上就只能采用GMR效應(yīng)的讀出頭了。下個(gè)世紀(jì)的硬盤讀出頭將屬于GMR。將GMR效應(yīng)應(yīng)用于傳感器可探測(cè)空間微弱的磁場(chǎng)信號(hào)的變化，從而可在更高的精度實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化精密加工。在廣闊的家電市場(chǎng)基于GMR材料的元器件也會(huì)更有用武之地。但由于傳統(tǒng)MR器件成本低、工業(yè)流程成熟，基于GMR材料的傳感器件的開發(fā)一直較為緩慢。本文力圖簡(jiǎn)要的沿著GMR效應(yīng)的發(fā)展，介紹一下近年來(lái)在納米磁性材料基礎(chǔ)研究和應(yīng)用中的部分進(jìn)展。以供傳感器專業(yè)領(lǐng)域的人士參考，進(jìn)而希望有助于推動(dòng)GMR等新型磁電材料在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用。

一、新型磁電材料進(jìn)展

1．GMR效應(yīng)

  1988年法國(guó)Paris-Sud大學(xué)的Fert研究小組受德國(guó)學(xué)者Grunderg工作的啟發(fā)，研究了在（100）GaAs基片上用分子束外延（MBE）生長(zhǎng)的單晶（100）Fe/Cr/Fe三層膜和（Fe/Cr）超晶格薄膜。他們發(fā)現(xiàn)在4.2K低溫，Cr層的厚度為0.9nm的膜中，加一20kOe(注：1Oe=79.578A/m，下同)的外場(chǎng)（相鄰Fe層磁矩平行排列），比不加外場(chǎng)（相鄰Fe層磁矩及反行排列）情況，電阻值下降了一半。也就是說(shuō)磁電阻變化為50%。這一結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了多層膜中Fe層磁電阻效應(yīng)（MR）的總和，故命名為巨磁電阻效應(yīng)（GMR），以表明其物理起源與磁性金屬的MR效應(yīng)不同。隨后幾年，世界各國(guó)的許多科研工作者和技術(shù)開發(fā)單位相繼開展了GMR的研究工作。IBM研究中心的Parkin等人采用濺射制備方法系統(tǒng)的研究了鐵磁層（Fe,Co,Ni及其合金）和非磁層（包括3d,4d及5d非磁層金屬）的多層膜，發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)具有GMR效應(yīng)。進(jìn)一步的研究證明，隨著非磁層的厚度的增加，相鄰磁層的磁矩取向由鐵磁排列到反鐵磁排列振蕩變化，同時(shí)體系的磁電阻值也隨之振蕩變化?；谧孕嚓P(guān)的Mott二流體模型可以對(duì)GMR效應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)單唯象解釋。由于GMR效應(yīng)極具理論和應(yīng)用價(jià)值，11994年第二屆IUPAP（International union of pure and applied physics）磁學(xué)大獎(jiǎng)和當(dāng)年的美國(guó)物理學(xué)會(huì)新材料國(guó)際大獎(jiǎng)均授予多層膜巨磁電阻效應(yīng)。

  但在通常在磁性多層膜中由于存在較強(qiáng)的層間交換耦合，GMR效應(yīng)必須在非常高的飽和外磁場(chǎng)（10～20KOe）才能實(shí)現(xiàn)，所以磁電阻的靈敏度非常小。盡管巨磁電阻最初是在反鐵磁耦合的多層膜中觀察到的，但是出現(xiàn)巨磁電阻的唯一必要條件就是近鄰磁集團(tuán)中的磁矩相對(duì)取向在外磁場(chǎng)的作用下可以發(fā)生變化。人們通過(guò)設(shè)計(jì)各種特殊的結(jié)構(gòu)使相鄰鐵磁層的磁矩不存在（或很?。┙粨Q耦合，在一定磁場(chǎng)下兩者從平行排列到反平行排列或從反平行到平行排列，從而引起磁電阻的變化，這也就是所謂的自旋閥結(jié)構(gòu)（spin valve）。自旋閥通?？煞譃閮煞N基本結(jié)構(gòu)：一種是被非磁層分開的兩軟磁層之一用反鐵磁層（如FeMn或NiO）通過(guò)交換作用釘扎；另一種是具有不同矯頑力的兩鐵磁層（通常一軟一硬）用非磁層分開。在自旋閥中，未被釘扎的軟磁層或低矯頑力的鐵磁層在較小磁場(chǎng)的作用下，其磁矩能夠比較自由地反轉(zhuǎn)，這樣便可以實(shí)現(xiàn)在較小磁場(chǎng)下系統(tǒng)的電阻率有較大變化，從而使其磁電阻的靈敏度大大提高。具有GMR效應(yīng)的多層膜形式很多。僅自旋閥結(jié)構(gòu)就可以再細(xì)分成頂自旋閥、底自旋閥不同鐵磁層自旋閥、界面工程自旋閥、對(duì)稱性自旋閥和不同矯頑力自旋閥等不同形式。目前應(yīng)用開發(fā)大都采用底自旋閥結(jié)構(gòu)。

  除了自旋閥結(jié)構(gòu)以外，人們還設(shè)計(jì)了各種多層膜結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)近鄰磁集團(tuán)中的磁矩相對(duì)取向在外磁場(chǎng)的作用下可以發(fā)生變化。在人工納米結(jié)構(gòu)磁性金屬膜中，除多層膜之外，還有一類重要材料，就是顆粒膜。它是將微顆粒鑲嵌在互不固溶的薄膜中所形成的復(fù)合薄膜。顆粒膜具有微顆粒和薄膜雙重特性及其交互作用。1992年錢嘉陵教授與Berkowitz兩研究組分別發(fā)現(xiàn)了Co-Ag顆粒膜中GMR效應(yīng)。以Cu,Ag為基，與Fe,Co,Ni及其合金所構(gòu)成的兩大顆粒膜系列是目前顆粒膜研究的主要方向。在顆粒膜中，鐵族元素所占的體積百分比約15%～25%，低于形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的逾滲閾值，即保持鐵磁顆粒以微顆粒形式嵌于薄膜之中，微顆粒的最佳尺寸為幾nm～幾十nm，這樣尺寸的鐵磁顆粒在室溫下處在超順磁態(tài)。對(duì)顆粒膜巨磁電阻效應(yīng)也可用自旋相關(guān)的散射來(lái)解釋，并以界面散射為主。理論表明顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)與磁性顆粒的直徑成反比，與顆粒的比表面積成正比。微顆粒在膜內(nèi)通常是無(wú)規(guī)分布的，因此顆粒膜內(nèi)的傳導(dǎo)電子大都將穿過(guò)顆粒進(jìn)行輸運(yùn)，與多層膜的cpp（電流垂直于膜面）情況相似，故容易獲得較大的GMR效應(yīng)。但由于鐵磁顆粒在超順磁態(tài)，獲得GMR效應(yīng)需要非常高的飽和場(chǎng)。在某些制備條件下，例如顆粒膜在高溫下退火，由于受膜厚的制約，顆粒由球狀變?yōu)槠叫杏谀っ娴谋∑瑺?。同樣?duì)于如FeNi/Ag多層膜，若磁性層厚度足夠薄，在高溫退火下有可能斷裂成為間隙性、不連續(xù)的磁性層，此時(shí)上下NiFe層之間不存在交換耦合，但由于靜磁耦合，相鄰磁層中的NiFe塊的磁矩也呈反平行排列，這種不連續(xù)多層膜雖然磁電阻值并不太高，但飽和場(chǎng)甚低，可獲得比坡莫合金更高的靈敏度1.2%Oe^-1。沿這一思路，可以制備成顆粒聚合體和連續(xù)層混合組成的多層-顆粒膜。Steren等人在[Co/Ag/NiFe/Ag]₁₅多層膜中采用退火技術(shù)使得薄的Co等短裂成間斷膜而獲得了30%左右的GMR效應(yīng)，磁場(chǎng)靈敏度有2.3%Oe^-1，甚至最陡處可達(dá)6.5%Oe^-1。作為應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)的多層膜的熱穩(wěn)定性等參數(shù)仍值得研究。

2．隧道巨磁電阻效應(yīng)（TMR）

  眾所周知，超導(dǎo)隧道結(jié)的發(fā)現(xiàn)在理論和實(shí)驗(yàn)上均有重要的價(jià)值。受此啟發(fā)Julliere對(duì)Fe/Ge/Co磁性隧道結(jié)輸運(yùn)性質(zhì)的研究作了開拓性的研究，發(fā)現(xiàn)隧道阻抗隨鐵磁層的磁化狀態(tài)而變化，低溫下電導(dǎo)的相對(duì)變化可達(dá)14%。1975年后人們對(duì)類似結(jié)構(gòu)中的磁電阻效應(yīng)進(jìn)行了研究，但在室溫下均不能獲得較大的磁電阻效應(yīng)。在GMR效應(yīng)全球研究浪潮推動(dòng)下，1994年在“磁性金屬/非磁絕緣體/磁性金屬”（FM/I/FM）型隧道結(jié)Fe/Al₂O₃/Fe中獲得了突破性進(jìn)展。4.2K低溫下，磁電阻變化率高達(dá)30%，室溫下達(dá)18%。在這種結(jié)構(gòu)中如果兩鐵磁層的磁化方向平行，一個(gè)鐵磁層中多數(shù)自旋子帶的電子將進(jìn)入另一個(gè)電極中的多數(shù)自旋子帶的空態(tài)，同時(shí)少數(shù)自旋子帶的電子也從一電極進(jìn)入另一電極的少數(shù)自旋子帶的空態(tài)；如果兩電極的磁化方向反平行，則一個(gè)電極中的多數(shù)子帶的自旋與另一個(gè)電極的少數(shù)自旋子帶電子的自旋平行，這樣，隧道電導(dǎo)過(guò)程中一個(gè)電極中多數(shù)自旋子帶的電子必須在另一個(gè)電極中尋找少數(shù)自旋子帶的空態(tài)，因而其隧道電導(dǎo)必須與兩極的磁化方向平行時(shí)的電導(dǎo)有所差別，將隧道電導(dǎo)與鐵磁電極的磁化方向相關(guān)的現(xiàn)象稱為磁隧道閥效應(yīng)（magnetic valve effect）。理論上假定電子穿越絕緣體勢(shì)壘時(shí)保持其自旋方向不變，在實(shí)際制備過(guò)程中由于氧化層生成時(shí)難免導(dǎo)致相鄰鐵磁層氧化，致使反鐵磁性的氧化薄層的出現(xiàn)影響磁電電阻效應(yīng)。所以實(shí)驗(yàn)的結(jié)果比理論上的預(yù)計(jì)要小。Julliere模型給出磁隧道閥電阻的相對(duì)變化，即隧道磁電阻（TMR）R_TM為：

R_TM=

式中：ρ₁和ρ₂分別是兩個(gè)鐵磁電極的自旋極化度。顯然，ρ₁，ρ₂越大，則TMR也越高。

  因?yàn)镕e和Co的ρ值分別為40%和34%，故Julliere模型可得Fe/I/Co的24%，但Fe/Ge/Co的實(shí)驗(yàn)值與理論值有一定差距。在磁隧道閥中，磁場(chǎng)克服的鐵磁層的矯頑力就可使它們的磁化方向轉(zhuǎn)至磁場(chǎng)方向而趨于一致，這時(shí)TMR為極小值；若將磁場(chǎng)減小至負(fù)，矯頑力小的鐵磁層的磁化方向首先反轉(zhuǎn)，兩鐵磁層的磁化方向相反，隧道電阻為極大值。由于只需反轉(zhuǎn)一個(gè)單純的鐵磁層，因而只需一個(gè)非常小的外場(chǎng)便可實(shí)現(xiàn)TMR極大值，所以其磁場(chǎng)靈敏度極高。Fe/Al₂O₃/Fe 和CoFe/Al₂O₃的磁場(chǎng)靈敏度分別為8%/Oe和5%/Oe。這些結(jié)果是多層膜的GMR及氧化物的CMR遠(yuǎn)所難及的。另外，在磁隧道結(jié)中可以通過(guò)改變氧化層的厚度來(lái)改變零場(chǎng)下的電阻值，而磁隧道結(jié)電阻值并不因此而改變的。這在金屬多層膜中是很難實(shí)現(xiàn)的。這樣根據(jù)不同的器件的驅(qū)動(dòng)電壓不同可以設(shè)計(jì)出不同的磁隧道結(jié)。今后如能解決氧化層的穩(wěn)定制備和制備過(guò)程中鐵磁層的氧化問(wèn)題，其工業(yè)應(yīng)用前景非?？捎^。此外如果技術(shù)手段可以保證的話，制備多層氧化隧道結(jié)也許可以獲得更為豐富的物理效應(yīng)和應(yīng)用價(jià)值。隧道結(jié)的磁電阻效應(yīng)取得了突破之后，人們受顆粒膜的啟發(fā)又在Ni-SiO₂, Co-SiO₂, Fe-MgF₂以及Fe-SiO₂的鐵磁絕緣物顆粒膜中發(fā)現(xiàn)了高的磁電阻效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明該體系中磁電阻效應(yīng)與磁性顆粒的大小有關(guān)，數(shù)值不大，飽和場(chǎng)較高，應(yīng)用的前景可能不大。

3．氧化物的特大磁電阻效應(yīng)（CMR）

  出現(xiàn)巨磁電阻的唯一必要條件就是近鄰磁集團(tuán)中的磁矩相對(duì)取向在外磁場(chǎng)的作用下可以發(fā)現(xiàn)變化。多層膜中相鄰磁集團(tuán)的尺度為納米級(jí)，如果磁集團(tuán)的相鄰尺度更小，材料又會(huì)有怎樣的物理特性呢？1994年以來(lái)，在類鈣態(tài)礦結(jié)構(gòu)Mn系氧化物L(fēng)n_1-xM_xMnO₃（其中三價(jià)離子Ln³⁺ 包括，La³⁺，Pr³⁺,Na³⁺，及Sn³⁺；二價(jià)離子M²⁺包括堿土離子Ca²⁺，Sr²⁺和Ba²⁺及Pb²⁺）中發(fā)現(xiàn)無(wú)論是外延的薄膜還是單晶或多晶塊狀材料均有比GMR和TMR更大的磁電阻效應(yīng)，稱為特大磁電阻效應(yīng)（CMR）。北京大學(xué)熊光成教授發(fā)現(xiàn)的外延薄膜Nd_0.7Sr_0.3MnO_3-δ，前者在溫度為60K，磁場(chǎng)為80KOe下的磁電阻ΔR/R_H為1.06?10⁶%；后者在低于30K，外場(chǎng)為50Koe下，其是阻率從10³Ωm下降到10^-4Ωm。由于過(guò)渡金屬陽(yáng)離子大都具有未滿的d殼層，因而具有固有磁矩。在金屬氧化物中，陽(yáng)離子因被氧離子隔離而無(wú)直接的交換作用，但可通過(guò)陽(yáng)離子的激發(fā)電子態(tài)發(fā)生間接交換作用，形成磁有序結(jié)構(gòu)。由于電子是局域的，因而這類磁有序氧化物具有很高的電阻率。但不難發(fā)現(xiàn)上述的實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，二者具有共同的特點(diǎn)是在一定范圍磁場(chǎng)作用下從順磁性或反鐵磁性變?yōu)殍F磁性，與此同時(shí)材料從半導(dǎo)體的導(dǎo)電性轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傩?，從而使其電阻率產(chǎn)生高達(dá)數(shù)個(gè)量級(jí)的變化。可以想象，再變下去豈不是該變成超導(dǎo)體了！況且這類材料的結(jié)構(gòu)與高溫氧化物超導(dǎo)材料很類似，而且都有人用Jahn-Teller極化理論效應(yīng)模型進(jìn)行了解釋。二者有怎樣的聯(lián)系的確值得理論和實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步探討。

  鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物是一大類材料，除Ln_1-xCa_xMnO₃有CMR效應(yīng)外，有人用RF濺射方法將各種單一元素的氧化物按一定比例分別濺射，然后高溫下在空氣或氧氛中讓其發(fā)生反應(yīng)制備出Ln_1-xM_yCoO_δ(Ln=Y或La；M=Ca,sr,Ba,或Pb)共128中不同成分和不同摻雜濃度的Co系氧化物薄膜，CMR效應(yīng)最大的是Ln_0.83Ba_0.45CoO_δ，它在溫度為7K，磁場(chǎng)100KOe，CMR達(dá)270%。目前看來(lái)，Co系氧化物的CMR效應(yīng)與Mn氧化物的來(lái)源相似。此外有人用Tl₂Mn₂O_(7-δ)在2.5Gpa高壓下燒結(jié)，其居里溫度為142K，在溫度為135K，70KOe磁場(chǎng)下，磁電阻達(dá)600%。這里因?yàn)楦邷責(zé)Y(jié)導(dǎo)致氧空位,于是載流子是電子型的,并同時(shí)產(chǎn)生Mn³⁺和Mn⁴⁺離子，它們之間存在雙交換作用。由于上述氧化物需要一個(gè)數(shù)十KOe的外場(chǎng)，且在很窄溫區(qū)內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)CMR，故應(yīng)用前景受限。最近有人提出將磁隧道結(jié)中的鐵磁層換為氧化物特大磁電阻材料，那么磁電阻的變化率將更大程度的提高。美國(guó)軍方已聯(lián)合一些公司和研究機(jī)構(gòu)共同開發(fā)這種結(jié)構(gòu)的材料。在極端環(huán)境下，基于該材料的元器件會(huì)展示出更為優(yōu)秀的性能。從初步的結(jié)果上看，這方面的研究應(yīng)會(huì)很有前途。但目前，氧化物巨磁電阻效應(yīng)仍僅限于低溫區(qū)，如何在室溫段獲得大的磁電阻變化將是理論和實(shí)驗(yàn)研究的重要課題。作為應(yīng)用，總的來(lái)說(shuō)氧化物特大磁電阻（TMR）材料離實(shí)際的應(yīng)用仍有很大的距離。

二、結(jié)束語(yǔ)

  磁傳感器的現(xiàn)有市場(chǎng)和潛在市場(chǎng)是十分廣闊的。從高精密數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、工廠的自動(dòng)化相關(guān)的位置檢測(cè)儀器到磁盤的讀出頭、打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備，到處都需要性能優(yōu)良的磁傳感器。一枚火箭上大約需要600個(gè)磁傳感器，全自動(dòng)洗衣機(jī)和盒式磁帶等等家電產(chǎn)品對(duì)磁傳感器的需求在產(chǎn)值和產(chǎn)量分別占磁傳感器市場(chǎng)的20%和62%以上。整個(gè)市場(chǎng)的需求量也以每年20%～30% 的速度迅速增長(zhǎng)。利用磁敏元件不受油霧、粉塵的影響，比目前最先進(jìn)的光編碼器可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、尤其適合在自動(dòng)油漆和自動(dòng)焊接機(jī)器人、木材、塑料加工等有潤(rùn)滑油、切削油等污染物加工工業(yè)中應(yīng)用。在數(shù)字化機(jī)床設(shè)計(jì)中，數(shù)字磁尺可幫助設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。我國(guó)有大量的機(jī)床設(shè)備，統(tǒng)統(tǒng)廢棄而改用新的數(shù)控機(jī)床不現(xiàn)實(shí)。采用磁敏元件對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行合理改造的潛在市場(chǎng)相當(dāng)可觀。在美國(guó)和日本的全自動(dòng)化生產(chǎn)線上控制機(jī)器人靈活準(zhǔn)確操作的磁敏元件用量很大。在家電市場(chǎng)中，盒式錄音機(jī)中的磁頭就是磁敏元件。自動(dòng)洗衣機(jī)中的轉(zhuǎn)速控制的實(shí)現(xiàn)也是采用磁敏器件。今后隨著各種自動(dòng)化或半自動(dòng)化的家電產(chǎn)品陸續(xù)問(wèn)世，只要與位置、角度、速度及編碼等自動(dòng)控制的參量有關(guān)，就全可采用磁敏元器件技術(shù)。小型化和智能化的各種新型磁敏元件將會(huì)給磁傳感器行業(yè)帶來(lái)勃勃生機(jī)。在金融和通訊領(lǐng)域，我國(guó)的“金卡工程”就是采用世界標(biāo)準(zhǔn)的磁電阻傳感器制造讀卡器。信息高速公路中的電話、電視、圖形文字信息等等收費(fèi)系統(tǒng)也采用磁卡寫讀裝置。未來(lái)上醫(yī)院看病可能需要用病歷磁卡，繳水、電、煤氣等費(fèi)用需要用交費(fèi)卡等等。總之，21世紀(jì)，磁敏元器件將起到更加重要的作用。市場(chǎng)的總?cè)萘坎粫?huì)小的。目前美、日企業(yè)界都正大力加強(qiáng)新型磁敏元器件的研究工作以迎接新世紀(jì)的挑戰(zhàn)。

  納米材料科學(xué)從微觀設(shè)計(jì)材料，可以獲得傳統(tǒng)材料所無(wú)法獲得的新性能和新效應(yīng)。21世紀(jì)是納米工程和納米設(shè)計(jì)的世紀(jì)。納米材料科學(xué)的進(jìn)步是推動(dòng)工業(yè)應(yīng)用發(fā)展的源泉。但合理的利用現(xiàn)有的材料采用最佳的設(shè)計(jì)獲得理想的實(shí)際應(yīng)用效果也是必須考慮的問(wèn)題。GMR、TMR、CMR直接的應(yīng)用在工業(yè)界仍存在一些問(wèn)題，GMR的飽和磁場(chǎng)值太大可能不利于應(yīng)用，TMR的穩(wěn)定的大規(guī)模工業(yè)制備仍值得探討，CMR在室溫區(qū)不十分理想。上述的各種材料唯一已被工業(yè)界應(yīng)用的是自旋閥結(jié)構(gòu)的多層膜。但并不是說(shuō)其它結(jié)構(gòu)的材料無(wú)法應(yīng)用。目前的情況是新材料已經(jīng)開發(fā)出來(lái)并且實(shí)驗(yàn)室層次的工藝過(guò)程也比較成熟，簡(jiǎn)單的唯相理論也已經(jīng)能形象的闡明其物理機(jī)理，問(wèn)題是如何將其應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中去和如何開拓應(yīng)用的領(lǐng)域，這的確需要?jiǎng)右环^腦。根據(jù)不同的應(yīng)用目的合理開發(fā)利用，可以設(shè)計(jì)出多種多樣的更加理想的磁傳感器。從1988年GMR效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以來(lái)，磁電阻變化率的記錄不斷被突破，并引發(fā)了世界范圍內(nèi)的研究浪潮。GMR等磁電阻效應(yīng)的最主要的可能應(yīng)用方向之一就是傳感器領(lǐng)域。由于GMR等效應(yīng)最大的優(yōu)勢(shì)是具有很大的磁電阻變化率，某些結(jié)構(gòu)的材料磁場(chǎng)靈敏度很高，磁電阻回線的形狀更為豐富，所以在設(shè)計(jì)元器件上應(yīng)比MR材料更為簡(jiǎn)化，更為智能和多樣。但目前國(guó)內(nèi)尚缺乏實(shí)際應(yīng)用的深入研究。