Ορισμός: Όταν η αντίσταση κάποιων μετάλλων και υλικών πολυδιόδου μεταβάλλεται στην παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου, αυτό το φαινόμενο ονομάζεται επίδραση μαγνητικής αντίστασης. Τα συσταδικά που εμφανίζουν αυτή την επίδραση λέγονται μαγνητικοί αντιστάτες. Σε απλά λόγια, ένας μαγνητικός αντιστάτης είναι ένα είδος αντιστάτη του οποίου η τιμή της αντίστασης μεταβάλλεται με την ένταση και την κατεύθυνση ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου.
Οι μαγνητικοί αντιστάτες διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην ανίχνευση της παρουσίας ενός μαγνητικού πεδίου, τη μέτρηση της έντασής του και την καθορισμό της κατεύθυνσης της μαγνητικής δύναμης. Συνήθως κατασκευάζονται από υλικά πολυδιόδου, όπως το αντιμόνιο-ινδίου ή το αρσενικό-ινδίου, τα οποία διαθέτουν μοναδικές ηλεκτρικές ιδιότητες που τα καθιστούν υψηλά ευαίσθητα στα μαγνητικά πεδία.
Σύντομη Περιγραφή Λειτουργίας Μαγνητικού Αντιστάτη
Η λειτουργία ενός μαγνητικού αντιστάτη βασίζεται στην αρχή της ηλεκτροδυναμικής. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, η δύναμη που δρα σε έναν ηλεκτροδοχό σηματοδότη σε ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να αλλάξει την κατεύθυνση του ρεύματος. Όταν δεν υπάρχει μαγνητικό πεδίο, οι φορείς φορτίου στον μαγνητικό αντιστάτη κινούνται με γραμμική διαδρομή.
Ωστόσο, στην παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου, η κατεύθυνση του ρεύματος αλλάζει και ρέει στην αντίθετη κατεύθυνση. Η περιττή διαδρομή του ρεύματος αυξάνει τη μετακινησιμότητα των φορέων φορτίου, η οποία οδηγεί σε συγκρούσεις. Αυτές οι συγκρούσεις οδηγούν στην απώλεια ενέργειας σε μορφή θερμότητας, και αυτή η θερμότητα προκαλεί αύξηση της αντίστασης του μαγνητικού αντιστάτη. Μόνο ένα πολύ μικρό μέγεθος ρεύματος ρέει στον μαγνητικό αντιστάτη λόγω της περιορισμένης ποσότητας ελεύθερων ηλεκτρονίων.
Η αποκλίνουσα των ηλεκτρονίων σε έναν μαγνητικό αντιστάτη εξαρτάται από τη μετακινησιμότητά τους. Η μετακινησιμότητα των φορέων φορτίου σε υλικά πολυδιόδου είναι υψηλότερη σε σύγκριση με τα μέταλλα. Για παράδειγμα, η μετακινησιμότητα του αρσενικού-ινδίου ή του αντιμόνιου-ινδίου είναι περίπου 2,4 m²/Vs.
Χαρακτηριστικά Μαγνητικού Αντιστάτη
Η ευαισθησία ενός μαγνητικού αντιστάτη εξαρτάται από την ένταση του μαγνητικού πεδίου. Η χαρακτηριστική καμπύλη ενός μαγνητικού αντιστάτη εμφανίζεται στο παρακάτω σχήμα.
Στην απουσία ενός μαγνητικού πεδίου, η μαγνητοποίηση του στοιχείου μαγνητικού αντιστάτη είναι μηδενική. Καθώς το μαγνητικό πεδίο αρχίζει να αυξάνεται ελαφρώς, η αντίσταση του υλικού πλησιάζει την τιμή που αντιστοιχεί στο σημείο b. Η παρουσία του μαγνητικού πεδίου προκαλεί το στοιχείο μαγνητικού αντιστάτη να περιστραφεί κατά γωνία 45º.
Με περαιτέρω αύξηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου, η καμπύλη φθάνει σε ένα σημείο κορύφωσης, το οποίο σημειώνεται με το σημείο C. Το μαγνητικό αντιστατικό στοιχείο λειτουργεί συνήθως είτε στην αρχική κατάσταση (σημείο O) είτε κοντά στο σημείο b. Όταν λειτουργεί στο σημείο b, εμφανίζει γραμμικό χαρακτηριστικό.
Τύποι Μαγνητικών Αντιστάτων
Οι μαγνητικοί αντιστάτες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις κύριες τύπους:
Μεγάλη Μαγνητική Αντίσταση (GMR)
Στην Επίδραση Μεγάλης Μαγνητικής Αντίστασης, η αντίσταση του μαγνητικού αντιστάτη μειώνεται σημαντικά όταν οι μαγνητικές στρώσεις του είναι σε παράλληλη στροφή. Αντίθετα, όταν αυτές οι στρώσεις είναι σε αντίθετη στροφή, η αντίσταση αυξάνεται δραματικά. Η δομική διάταξη ενός συστήματος GMR είναι απεικονισμένη στο παρακάτω σχήμα.
Εξαιρετική Μαγνητική Αντίσταση (EMR)
Στην περίπτωση της Εξαιρετικής Μαγνητικής Αντίστασης, η αντίσταση του μετάλλου εμφανίζει μια διαφορετική συμπεριφορά. Στην απουσία ενός μαγνητικού πεδίου, η αντίσταση είναι σχετικά υψηλή. Ωστόσο, όταν εφαρμόζεται ένα μαγνητικό πεδίο, η αντίσταση μειώνεται σημαντικά, δείχνοντας μια σημαντική αλλαγή στις ηλεκτρικές ιδιότητες ως απάντηση στη μαγνητική επίδραση.
Μαγνητικός Αντιστάτης Τυνελικής Διάδοσης (TMR)
Σε έναν Μαγνητικό Αντιστάτη Τυνελικής Διάδοσης, η διάδοση του ρεύματος συμβαίνει με μοναδικό τρόπο. Το ρεύμα διασχίζει από έναν μαγνητικό ηλεκτρόδο, περνώντας μέσα από μια απομονωτική στρώση. Το ποσό του ρεύματος που τυνελίζει μέσα από αυτό το απομονωτικό εμπόδιο είναι εξαιρετικά εξαρτώμενο από τη σχετική προσανατολισμό της μαγνητοποίησης στους μαγνητικούς ηλεκτρόδους. Διαφορετικοί προσανατολισμοί μαγνητοποίησης μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές μεταβολές στη μέγεθος του τυνελικού ρεύματος, κάνοντας αυτή την ιδιότητα κρίσιμη για διάφορες εφαρμογές που εξαρτώνται από ακριβή έλεγχο και ανίχνευση μαγνητικών καταστάσεων.
Ένα σχετικά μεγάλο ρεύμα θα ρέει όταν οι προσανατολισμοί μαγνητοποίησης των ηλεκτρόδων είναι παράλληλοι. Αντίθετα, ένας αντίθετος προσανατολισμός των προσανατολισμών μαγνητοποίησης αυξάνει σημαντικά την αντίσταση μεταξύ των στρωμάτων.
