بنام خدا
پاسخ به ایمیل رسیده:
دوستی سوال بسیار بجایی در مورد سنسورهای امپدانس مغناطیسی نموده اند که لازم دیدم آنرا موضوع این پست قرار دهم. سوال این دوست ارجمند بدین شرح است:
… I have another question. Could you possibly answer it? What’s the difference between magnetoresistance (GMR) and magnetoimpedance (GMI) sensors? Because some of the papers you have referred are about magnetoresistance sensors….
اما پاسخ این دوست گرامی:
GMR یا مقاومت مغناطیسی بسیار عظیم Giant Magnetic Resistance یک اثر مقاومت مغناطیسی مکانیک کوانتوم است که در ساختارهای فیلم نازک با لایه های متناوب فرومغناطیسی و غیرمغناطیسی بوجود میآید. این اثر بطور آشکار کاهش قابل توجه مقاومت الکتریکی در حضور میدان مغناطیسی را نشان میدهد. در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، جهت مغناطیس شوندگی لایه های فرومغناطیسی همجوار در یک راستا نیست چرا که کوپل ضعیف آنتی-فرومغناطیسی بین لایه ها مانع از همراستا شدن خطوط میدان مغناطیسی میگردد. این پدیده منجر به پراکندگی شدید مقاومت مغناطیسی میشود. اما درحضور میدان مغناطیسی خارجی، مغناطیس شوندگی لایه های فرومغناطیسی همجوار بصورت موازی و در یک راستا قرار میگیرد و در نتیجه پراکندگی مغناطیسی کمتر و بالطبع مقاومت الکتریکی کاهش میآبد.
این اثر برای اولین بار در سال 1988 بر روی فیلم نازک سه لایه ای آهن/کروم/آهن (توجه کنید: آهن فرومغناطیس/ کروم غیرمغناطیس/ آهن مجدداً فرومغناطیس) توسط یک تیم محقق به سرپرستی پیتر گرونبرگ از مرکز تحقیقاتی یولیخ در آلمان و بطورهمزمان و البته کاملاً مستقل توسط تیمی به سرپرستی پروفسور آلبرت فِرت از دانشگاه پاریس-سود بر روی فیلمهای چند لایه ای از جنس آهن/کروم کشف و سپس این پدیده بصورت تجاری در هارد دیسکها بکارگرفته و منجر به توسعه آنها بصورت هاردهای گیگابایتی شد. کشف GMR منجر به تولد شاخه ای جدید از علم الکترونیک نیز شد که آنرا "الکترونیک انتقال چرخشی" یا Spintronics مینامند. بعلاوه، کشف GMR جایزه نوبل فیزیک در سال 2007 را نصیب کاشفان آن یعنی پیتر گرونبرگ و آلبرت فِرت کرد. از مهمترین کاربردهای GMR میتوان به کاربرد وسیع آن در هد هارد دیسکهای مدرن و سنسورهای مغناطیسی اشاره کرد. انواع جدیدتر حافظه های غیر فرّار شامل MRAM ها یا Magnetoresistive Random Access Memory نیز بر اساس اثر GMR کار میکنند.
اما در مورد تفاوت اثرات GMR و GMI باید به این نکته اشاره کرد که هر دو پدیده تا حدودی شبیه هم هستند با این تفاوت که در GMR تغییرات مقاومت یک ماده مغناطیسی ناشی از میدان مغناطیسی خود ماده است که از پراکندگی الکترونهای چرخشی آن در یک سیستم مغناطیسی غیریکنواخت و در جریان الکتریکی مستقیم و یا در فرکانسهای پایین بوجود میآید. این در حالیست که اثر GMI معرّف تغییرات امپدانس مختلط (مقاومت و اندوکتانس) یک هادی مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی DC است که از آن جریان AC با فرکانس بالا میگذرد. بدین لحاظ اثر GMI یک پدیده وابسته به سطح است و بیشتر بصورت اثر پوستی یا Skin Effect بر سطح هادی بروز میکند. با توجه به همین نکته کارآیی سنسورهای GMI بمراتب بیشتر از سنسورهای GMR است.
مقاله ای در مورد تاریخچه کشف و اولین کاربرد مقاومت مغناطیسی GMR را از اینجا دانلود کنید. در این مقاله برخلاف بیشتر گزارشها، کشف GMR را به محققی روسی و در سال 1976 نسبت میدهد که از ترکیب ایندیوم-آنتیموان دوپینگ شده با نیکل بعنوان لایه های فرومغناطیسی استفاده کرده بود. لایه های فرومغناطیسی این GMR شامل ترکیب InSb و لایه های غیرمغناطیسی شامل ترکیب NiSb بوده و از آن برای ساخت یک آشکارساز غیرتماسی جریان و اتصال کوتاه در بُردهای الکترونیکی استفاده شده است. تست غیر مخرّب یا غیر تماسی بردهای الکترونیکی بر پایه سنسورهای GMR و GMI موضوع تحقیق بسیاری از محققان قرار گرفته است. نمونه ای از این دست تحقیقات را میتوانید از اینجا دانلود کنید.
برای نوشتن بخشهایی از این پست علاوه بر دانشنامه ویکی پدیا و کتاب هندبوک سنسورها (2004)، از مقاله ای در ELSEVIER نیز کمک گرفته شده است.
هرگونه نقل قول و اقتباس از مطالب این وبلاگ تنها با ذکر منبع مجاز می باشد.
