磁電阻（GMR）效應(yīng)是1988年發(fā)現(xiàn)的一種磁致電阻效應(yīng)，由于相對于傳統(tǒng)的磁電阻效應(yīng)大一個(gè)數(shù)量級以上，因此名為巨磁電阻（Giant Magnetoresistanc），簡稱GMR。

對于物質(zhì)磁電阻特性的研究由來已久，早在20世紀(jì)40年代人們就發(fā)現(xiàn)了磁電阻效應(yīng)。所謂磁電阻是指導(dǎo)體在磁場中電阻的變化，通常用電阻變化率Δr/r描述。研究發(fā)現(xiàn)，一般金屬導(dǎo)體的Δr/r很小，只有約10-5%；對于磁性金屬或合金材料（例如坡莫合金），Δr/r可達(dá)（3~5）%。所謂巨磁電阻（GMR）效應(yīng)，是指某些磁性或合金材料的磁電阻在一定磁場作用下急劇減小，而Δr/r急劇增大的特性，一般增大的幅度比通常的磁性與合金材料的磁電阻約高10倍。利用這一效應(yīng)制成的傳感器稱為GMR傳感器。

所謂磁電阻是指導(dǎo)體在磁場中電阻的變化。人們*早于1856年發(fā)現(xiàn)了鐵磁多晶體的各相異性磁電阻效應(yīng)，但由于科學(xué)發(fā)展水平及技術(shù)條件的局限，數(shù)值不大的各向異性磁電阻效應(yīng)并未引起人們太多關(guān)注。直到1988年，法國和德國科學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)（Fe/Cr）多層膜的磁電阻效應(yīng)比坡莫合金的各相異性磁電阻效應(yīng)約大一個(gè)數(shù)量級，立即引起了全世界的轟動，該發(fā)現(xiàn)也使得他們獲得了2007年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。

目前，對于磁性多層膜材料的巨磁阻效應(yīng)，通常用二流體模型進(jìn)行定性解釋，其基本原理如下圖所示。

（a）反鐵磁耦合時(shí)電阻處于高阻態(tài)的輸運(yùn)特性 （b） 外加磁場作用下電阻處于低阻態(tài)的輸運(yùn)特性

二流體模型中，鐵磁金屬中的電流由自旋向上和向下的電子分別傳輸，自旋磁矩方向與區(qū)域磁化方向平行的傳導(dǎo)電子所受的散射小，因而電阻率低。當(dāng)磁性多層膜相鄰磁層的磁矩反鐵磁耦合時(shí)，自旋向上、向下的傳導(dǎo)電子在傳輸過程中分別接受周期性的強(qiáng)、弱散射，因而均表現(xiàn)為高阻態(tài)Ra；當(dāng)多層膜中的相鄰磁層在外加磁場作用下趨于平行時(shí)，自旋向上的傳導(dǎo)電子受到較弱的散射作用，構(gòu)成了低阻通道Rc，而自旋向下的傳導(dǎo)電子則因受到強(qiáng)烈的散射作用形成高阻通道Rb，因一半電子處于低阻通道，所以此時(shí)的磁性多層膜表現(xiàn)為低阻狀態(tài)。這就是磁性多層膜巨磁電阻效應(yīng)的起因。

而典型的巨磁電阻傳感器由四個(gè)阻值相同的電阻構(gòu)成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，如圖2所示。R1和R3由高導(dǎo)磁率的材料（坡莫合金層）覆蓋屏蔽，對外磁場無響應(yīng)，電阻R2和R4則受外部磁場變化影響。

（c） 典型的巨磁電阻傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

采用電橋結(jié)構(gòu)的目的是能夠更加靈敏地反映出電阻的變化，也就能夠更加靈敏地反引出磁場的變化。

巨磁阻傳感器發(fā)展前景

人類利用電子的荷電性在半導(dǎo)體芯片上創(chuàng)造了今天的信息時(shí)代，自旋極化輸運(yùn)給人類帶來的也許又是一片廣闊的天地。磁電子學(xué)給予人類以夢想和希望， 同時(shí)也給予我們更多、更大的挑戰(zhàn)。事實(shí)上人類對于自旋極化輸運(yùn)的了解還處于一個(gè)非常膚淺的階段，對新出現(xiàn)的新現(xiàn)象、新效應(yīng)的理解基本上還是一種“拼湊式” 的、半經(jīng)典的唯象理論。作為磁學(xué)和微電子學(xué)的交叉學(xué)科，磁電子學(xué)將無論在基礎(chǔ)研究還是在應(yīng)用開發(fā)上都將是凝聚態(tài)物理學(xué)工作者和電子工程技術(shù)人員大顯身手的 新領(lǐng)域。GMR效應(yīng)是磁電子學(xué)的主要內(nèi)容之一，是一項(xiàng)方興未艾的事業(yè)，其發(fā)展必定帶來人類技術(shù)文明的進(jìn)一步發(fā)展。由GMR效應(yīng)作成的實(shí)用器件對電子信息的 貢獻(xiàn)是不言而喻的。