Tìm hiểu điện trở từ

Điện trở từ là gì

Điện trở từ hay từ trở, từ điện trở là loại điện trở có giá trị điện trở thay đổi khi có từ trường bên ngoài tác dụng. Nói cách khác, dòng điện chạy qua điện trở từ thay đổi khi có từ trường bên ngoài tác dụng vào nó.
Từ trường là vùng hiện diện xung quanh một vật thể có từ tính mà trong đó các vật thể khác chịu một lực hút hoặc lực đẩy.

Điện trở từ hoạt động như thế nào

Từ trở được đặt trong từ trường sẽ thay đổi điện trở. Khi cường độ của từ trường tăng lên thì điện trở của từ điện trở cũng tăng lên. Mặt khác, khi cường độ từ trường giảm, điện trở của từ điện trở giảm. Sự thay đổi điện trở này là do hiệu ứng từ điện trở.
Trong điều kiện không có từ trường, các hạt mang điện trong vật liệu chuyển động theo đường thẳng. Do đó, dòng điện chạy theo đường thẳng. Khi đặt từ trường lên vật liệu, lực từ làm cho các hạt tải mang di động (các electron tự do) chuyển hướng từ đường đi trực tiếp sang đường đi gián tiếp. Điều này làm tăng chiều dài của đường dẫn dòng điện.
Do đó, một số lượng lớn các điện tử tự do va chạm với các nguyên tử và mất năng lượng của chúng dưới dạng nhiệt và chỉ một số lượng nhỏ các điện tử tự do chạy qua đường dẫn. Chỉ một số ít electron tự do chuyển từ nơi này đến nơi khác mang dòng điện. Do đó, điện trở của vật liệu tăng khi tăng từ trường.

Hiệu ứng từ điện trở

Hiệu ứng từ điện trở là đặc tính của một số vật liệu, làm cho chúng thay đổi điện trở dưới sự hiện diện của từ trường. Hiệu ứng từ điện trở xảy ra trong các vật liệu như chất bán dẫn, kim loại phi từ tính và kim loại có từ tính.

William Thomson, một nhà vật lý toán học và kỹ sư người Ireland lần đầu tiên phát hiện ra hiệu ứng từ điện trở trường này vào năm 1856. Ông quan sát thấy rằng điện trở của các miếng sắt tăng lên khi dòng điện chạy cùng chiều với lực từ hoặc từ trường và điện trở giảm khi dòng điện chạy vuông góc với từ trường hoặc lực từ.

Sau đó, ông thực hiện cùng một thí nghiệm với niken và ông thấy rằng điện trở của niken bị ảnh hưởng theo cùng một cách nhưng độ lớn của từ trường này lớn hơn nhiều so với trước đây. Hiệu ứng này được gọi là Anisotropic Magneto Resistance (AMR).

Các loại hiệu ứng từ điện trở
Hiệu ứng từ điện trở có ba loại:

Từ điện trở khổng lồ (GMR)
Từ điện trở bất thường (EMR)
Từ điện trở đường hầm (TMR)

Từ điện trở hổng lồ (GMR)

Albert Fert và Peter Grunberg đã phát hiện ra hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (GMR) vào năm 1988. Hiệu ứng này được quan sát thấy trong các vật liệu sắt từ. Điện trở của vật liệu sắt từ phụ thuộc vào việc từ hóa của các lớp sắt từ liền kề được sắp xếp song song hay đối song. Điện trở cao đối với các lớp sắt từ có liên kết đối song song trong khi đó điện trở thấp đối với các lớp sắt từ có liên kết song song.

Từ điện trở bất thường (EMR)

Hiệu ứng từ điện trở bất thường được phát hiện vào năm 2000. Hiệu ứng từ trường của EMR
lớn hơn nhiều so với GMR. Hiệu ứng EMR xảy ra trong hệ thống lai kim loại bán dẫn khi đặt nó vào một từ trường ngang.
Trong điều kiện không có từ trường, điện trở của hệ thống lai kim loại bán dẫn rất thấp trong khi trong điều kiện có từ trường mạnh, điện trở của hệ thống lai kim loại bán dẫn cao.

Từ điện trở đường hầm (TMR)

M. Julliere đã phát hiện ra từ điện trở đường hầm (TMR) vào năm 1975. TMR xảy ra ở tiếp giáp đường hầm từ tính (MTJ). Tiếp giáp đường hầm từ tính (MTJ) là một linh kiện bao gồm hai nam châm được ngăn cách bằng chất cách điện. Các điện tử sẽ truyền từ một chất sắt từ này sang một chất sắt từ khác qua hàng rào đường hầm hoặc chất cách điện. Lượng dòng điện hoặc hạt mang điện chạy qua đường hầm phụ thuộc vào định hướng của từ hóa.
Nếu từ trường được đặt vào MTJ theo hướng từ hóa của sắt từ được sắp xếp theo phương song song, thì một số lượng lớn các điện tử sẽ dễ dàng di chuyển. Kết quả là, dòng điện tăng và điện trở giảm. Mặt khác, nếu từ trường được đặt theo hướng của từ hóa của sắt từ được căn chỉnh theo phương đối song, thì chỉ một số lượng nhỏ hạt mang điện (các điện tử tự do) chạy qua đường hầm và một số lượng lớn các electron tự do bị chặn lại. Kết quả là, dòng điện giảm và điện trở tăng.

Ưu điểm của điện trở từ

Điện trở từ hoạt động mà không cần tiếp xúc vật lý.

Ứng dụng của từ trở

Các ứng dụng của từ trở bao gồm:
Cảm biến sinh học
Ổ đĩa cứng
Cảm biến từ trường
Từ trở được sử dụng trong la bàn điện tử để đo từ trường của trái đất.
Từ trở được sử dụng để đo dòng điện.