Mis on magneto vastus?

Määratlus: Kui teatud metallide ja pooljuhtivmaterjalide vastus muutub magnetväli olemasolu korral, viitatakse sellele nähtusele magnetoressistentsieffektiks. Komponendid, mis väljendavad seda effekti, nimetatakse magnetoressistoriteks. Lihtsalt öelda, magnetoressistor on tüüpne vastus, mille vastusväärtus võib muutuda välise magnetväli tugevuse ja suuna järgi.

Magnetoressistorid mängivad olulist rolli magnetväli olemasolu tuvastamisel, tema tugevuse mõõtmisel ja magnetjõu suuna määramisel. Nad valmistatakse tavaliselt pooljuhtivmaterjalidest, nagu indiumantimoniid või indiumarseniid, mis omavad unikaalseid elektrilisi omadusi, mis teevad neid väga tundlikuks magnetväliste suhtes.

Magnetoressitori tööpõhimõte

Magnetoressitori toimimine põhineb elektrodünaamilise printsiibil. Selle printsiibi kohaselt võib jõud, mis mõjutab laenguvedava jooniku magnetväli sees, muuta laengu suunda. Kui magnetväli puudub, liiguvad magnetoressoris laengutrahvid sirgeelisel tee peal.

Kuid magnetväli olemasolu korral muutub laengu suund ja see voolab vastassuunas. Laengu kurvilised tee suurendavad laengutrahvide mobiilsust, mis viib kokkupõrgetele. Need kokkupõrked tulemusteena energia kaotuse soojuse kujul, mis põhjustab magnetoressitori vastuse suurenemise. Magnetoressoris voolab ainult väga väike laengu maht, kuna vabad elektronid on piiratud arvus.

Elektronide tõusu magnetoressoris sõltub nende mobiilsusest. Pooljuhtivmaterjalide laengutrahvide mobiilsus on suurem kui metallide omad. Näiteks indiumarseniidi või indiumantimonii mobiilsus on umbes 2,4 m²/Vs.

Magnetoressitori omadused

Magnetoressitori tundlikkus sõltub magnetväli tugevusest. Magnetoressitori karakteristikakõver on näha järgmisel joonisel allpool.

Magnetväli puudumisel on magnetoressori elementi magnetiseerimine null. Kui magnetväli hakkab vähe aeglaselt kasvama, läheneb materjali vastus punktiga b vastavale väärtusele. Magnetväli olemasolu põhjustab magnetoressori elementi pöördumist 45º nurga võrra.

Magnetväli tugevuse edasine suurenemine viib kõvera täissättumiseni, mida tähistatakse punktiga C. Magnetoressiivset element tavaliselt kasutatakse kas algse olekuna (punkt O) või lähedal punktile b. Kui ta töötab punktil b, väljendab see lineaarset omadust.

Magnetoressitori tüübid

Magnetoressid jagunevat kolme peamise tüübi järgi:

Suur magnetoressidents (GMR)

Suure magnetoressidentsi effekti korral väheneb magnetoressitori vastus oluliselt, kui selle ferromagnetilised kihid on paralleelsed üksteisega. Vastanduses, kui need kihid on antiparalleelsed, siis vastus suureneb drastiliselt. GMR-seadme struktuuriline konfiguratsioon on näha järgmisel joonisel allpool.

Eriti magnetoressidents (EMR)

Eriolulise magnetoressidentsi puhul näitab meetaalli vastus erinevat käitumist. Magnetväli puudumisel on vastus suhteliselt kõrge. Kuid kui rakendatakse magnetväli, siis vastus langus oluliselt, näitades märgatavat muutust elektrilistes omadustes vastavalt magnetilise mõju reageerimisele.

Tunneledamine magnetoressitori (TMR)

Tunneledamise magnetoressoris toimub laenguvedamine ainulaadval moel. Laeng läbib ühest ferromagnetilisest elektroodist, mööda insuleeriva kihi. Tunneledava laengu hulk sõltub oluliselt ferromagnetiliste elektroodide magnetiseerimise suhteist orienteerumist. Erinevad magnetiseerimise suunad võivad põhjustada tunneledava laengu mahtu olulisi variatsioone, mis muudab selle omaduse oluliseks mitmes rakenduses, mis sõltuvad täpsest kontrollist ja detekteerimisest magnetiliste olekute suhtes.

Relatiivselt suur laeng voolab, kui elektroodide magnetiseerimise suunad on paralleelsed. Vastanduses, kui magnetiseerimise suunad on antiparalleelsed, siis suureneb vastus kihide vahel märkimisväärselt.