原创磁阻效应·磁头

 2006-12-24 10:55  5957 9 9 分类: 工程师职场

Magnetoresistance Effect，William Thomson，Harddisk read head

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［发现者］

科学界常会发生这样一种情形，就是当我们专心研究一种现象时，结果却意外发现了更棒更重要的新现象。

1857年秋，格拉斯哥大学一间略显混乱的实验室里，英国物理学家威廉·汤姆逊正为他的一个实验结果犯嘀咕呢，当他把一根带电的导线在磁场中摆动时，导线中的电流居然发生了变化。

William Thomson，1824~1907

后来，汤姆逊试图对此进行深入研究，但却遇到了麻烦：不管使用何种材料，或者磁场有多强，电阻值的变化也没有超过5％。这样的结果让他略感失望，于是就放弃了。

［原理］

我们知道，每个电子都带着一个微小而有南北极的条状磁铁，这是电子原有的磁性。通常这些磁铁的指向不规则，因此对电流没有影响。但是，当一个带电的粒子（例如电子）通过磁场时，磁场会对粒子横向施力，使其轨迹弯曲，磁场够强的话，甚至能将电子轨迹变为螺旋线。由于电子走的路径变得长而弯曲，它从材料一端到另一端的运动会变慢，使电流减小、电阻变大。

磁场会弯曲电子的轨迹，宏观上造成材料的电阻值增加，这就是磁阻效应（Magnetoresistance effect）。可见，磁阻（MR）是指在一定磁场下某些材料（不一定是磁性材料）的电阻率会发生变化的一种物理特性。

磁阻是一个相对数值，用电阻变化的百分比来表示：

［应用］

尽管100多年前就发现了磁阻效应，但由于材料的磁阻变化率太小，并未获得实际应用。直到1960年代，真空技术改进了材料磁阻材料纯度，获得了更高的磁阻变化率，磁阻效应才被用于磁芯存储器中。1991年，IBM公司首次利用磁阻材料制成了MR硬盘磁头。1998年，IBM又推出磁阻变化率更大的GMR（Giant MegnetoResistance，巨磁阻）磁头，超强的灵敏度，为硬盘存储密度的提高排除了读取障碍。

磁阻磁头读取磁盘信息的原理是：磁头掠过盘片时，盘片上小磁极产生的磁场引起磁阻变化，然后通过检测电路（如图2）检测出磁盘数据。图中U_O为一恒压源，MR变化引起电流i变化，取样电阻R两端的电压u反应了电流i的变化，作为检出信号输出。由于MR磁头在读数据时检测的是磁通量大小而不是其变化率，所以其工作的稳定性与盘片的转速无关，这对提高硬盘转速十分有利。