利用自旋电子学中的GMR效应的车辆探测装置的设想.ppt
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1、利用自旋电子学中的GMR效应的车辆探测装置的设想 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望引言随着社会经济的飞速发展,城市交通面临巨大的压力。为了解决这个问题,现在大家都在研究智能交通系统。采集路况信息是其中重要的一环。高效的车辆探测器必不可少。传统的车辆探测装置有:地磁线圈探测器地磁线圈探测器 超声波探测器超声波探测器 雷达探测器雷达探测器 红外探测器红外探测器 被动声音探测器被动声音探测器 视频探测器视频探测器 安装维护难、破坏路面、安装维护难、破坏路面
2、、受冰冻盐碱影响、寿命短受冰冻盐碱影响、寿命短受空气影响、风速受空气影响、风速6级以上失效、容易误检级以上失效、容易误检 成本太高成本太高 易受灰尘、冰雾、雨雪等影响易受灰尘、冰雾、雨雪等影响 易受噪音干扰易受噪音干扰 成本同样很高,且易受天气影响成本同样很高,且易受天气影响 引言我们知道车辆会对它通过处地磁场产生扰动。从自旋电子学中的GMR(giant magnetoresistance)效应,我们知道GMR纳米结构多层膜的电阻随外磁场的变化而变化,且有很高的灵敏度。下面利用该原理,提出一种车辆探测器简单模型的设想。一一.自旋电子学自旋电子学 电子除了具有电荷的特性,电子除了具有电荷的特性,
3、还具有自旋的特性。还具有自旋的特性。传统的电子学和电子技术传统的电子学和电子技术 ,仅利用电场来控制它的,仅利用电场来控制它的电荷特性电荷特性 。今天的信息时代是人类文今天的信息时代是人类文明的极大进步明的极大进步 。但是,今天的电子学即将但是,今天的电子学即将达到它的技术极限。达到它的技术极限。一一.自旋电子学自旋电子学上个世纪末,大家将目光投向了电子的自旋特性,试图通过电子的自旋控制电子的输运。制造新型自旋电子器件,取代传统电子器件,获得高运算速度、低功耗、高集成度,高稳定性。自旋电子学应运而生,又称磁电子学,是一门磁学和微电子学交叉的新学科。二.GMR效应GMR效应即巨磁电阻效应可用如下
4、的简易模型解释。由量子理论知,铁磁材料中电子的能带分成两个子带,自旋向上子带和自旋向下子带。不同自旋取向的电子在界面处所受到的散射是不同的。二.GMR效应自旋取向与铁磁层磁化方自旋取向与铁磁层磁化方自旋取向与铁磁层磁化方自旋取向与铁磁层磁化方向相同时,电子所受到的向相同时,电子所受到的向相同时,电子所受到的向相同时,电子所受到的散射较小,而另一种电子散射较小,而另一种电子散射较小,而另一种电子散射较小,而另一种电子受到散射较大。受到散射较大。受到散射较大。受到散射较大。相邻铁层的磁化方向是反相邻铁层的磁化方向是反相邻铁层的磁化方向是反相邻铁层的磁化方向是反向平行时,系统处于高电向平行时,系统处
5、于高电向平行时,系统处于高电向平行时,系统处于高电阻状态阻状态阻状态阻状态 。外磁场较大时外磁场较大时外磁场较大时外磁场较大时 ,所有铁层,所有铁层,所有铁层,所有铁层的磁化方向都和外场一样的磁化方向都和外场一样的磁化方向都和外场一样的磁化方向都和外场一样 ,系统处于低电阻状态。,系统处于低电阻状态。,系统处于低电阻状态。,系统处于低电阻状态。三GMR材料的外特性外加磁场中GMR材料的电阻与磁场的典型关系:B/Gs4000400R/-300-1500150300三GMR材料的外特性外磁场的正负对外磁场的正负对GMR电阻的作用一样,如电阻的作用一样,如要进一步区分磁场的方向,可以给要进一步区分磁
6、场的方向,可以给GMR一一个永磁偏置个永磁偏置,即给它先施加一磁场,即给它先施加一磁场。B/Gs4000400R/-300-1500150300三GMR材料的外特性加磁场加磁场 时,相当于磁滞线左移:时,相当于磁滞线左移:B/Gs4000400R/0150300-150-300三GMR材料的外特性加磁场加磁场 时,相当于磁滞线右移:时,相当于磁滞线右移:B/Gs4000400R/0150300-150-300四.惠斯通电桥采用惠斯通电桥可提高测量精度 输出输出输出输出输入输入输入输入 R1 R1 R2 R2R1R1R2R2磁场向下为正磁场向下为正磁场向下为正磁场向下为正输出输出输出输出输入输入
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