【文章內(nèi)容簡介】 ， 費爾 和 格林貝格爾 各自獨立發(fā)現(xiàn)了 “ 巨磁電阻 ” 效應(yīng)。 1986年 德國科學(xué)家 Grunberg小組 、 1988年 法國科學(xué)家 Fert小組 首先發(fā)現(xiàn)了 巨磁電阻 效應(yīng)的存在。 巨磁電阻效應(yīng) 又與一般的 磁電阻效應(yīng)有著本質(zhì)的區(qū)別 ：由鐵磁金屬 /非磁性金屬 /鐵磁金屬構(gòu)成的 多層納米薄膜 (即 巨磁電阻材料 ，如 Fe/Cr chromium )，在 有 外加磁場和 無外 加 磁場 下 電阻率的變化 ，在室溫下可達 5%，在 低溫 (42K)下可達到110%， 遠遠大于 一般鐵磁金屬 1%— 3%的磁電阻變化。由于其磁電阻效應(yīng)如此明顯，因此把這種只 在磁性多層膜中 才能發(fā)生的 量子力學(xué)效應(yīng) 稱為 巨磁電阻 效應(yīng)。 1994年， IBM首先將 GMR應(yīng)用在硬磁盤中 ，并在 1995年 宣布制成每平方英寸 3Gb硬盤面密度所用的 讀出頭 ，創(chuàng)世界記錄。 GMR對 計算機存儲領(lǐng)域 的應(yīng)用帶來莫大的影響。 借助 “ 巨磁電阻 ” 效應(yīng)，人們才得以制造出更加靈敏的數(shù)據(jù)讀出頭，使 越來越弱的磁信號 依然能夠被清晰讀出，并且轉(zhuǎn) 換成清晰 的 電流 變化。 。 1997年，第一個 基于 “ 巨磁電阻 ”效應(yīng)的 數(shù)據(jù)讀出頭問世 ，并很快 引發(fā) 了硬盤的 “ 大容量、小型化 ” 革命 。如今， 播放器等 各類 數(shù)碼電子產(chǎn)品中所裝備的 硬盤 ，基本上都應(yīng)用了 “ 巨磁電阻 ” 效應(yīng)，這一技術(shù)已然成為 新的標(biāo)準(zhǔn) 。 2022年諾貝爾物理學(xué)獎 授予 法國 科學(xué)家 阿爾貝 費爾 和 德國 科學(xué)家 彼得 格林貝格爾 ，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了 “ 巨磁電阻 ” 效應(yīng)。他們將分享 1000萬瑞典克朗（ 1美元約合 7瑞典克朗）的獎金。瑞典皇家科學(xué)院說：“ 今年的物理學(xué) 獎授予 用于 讀取硬盤數(shù)據(jù)的 技術(shù) ，得益于這項技術(shù)， 硬盤 在 近年來迅速變得越來越小。 ” 瑞典皇家科學(xué)院的公報介紹說，另外 一項發(fā)明 于 上世紀 70年代 的技術(shù) ， 即 制造不同材料的超薄層 的 技術(shù) ，使得人們有望制造出只有幾個原子厚度 的 薄層結(jié)構(gòu) 。由于數(shù)據(jù)讀出頭是由 多層不同材料薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu) ，因而只要在 “ 巨磁電阻 ” 效應(yīng)依然起作用的尺度范圍內(nèi)，科學(xué)家 未來將能夠進一步縮小硬盤體積，提高硬盤容量。 巨磁電阻 效應(yīng)在高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的另一個重要方面是 微弱磁場探測器 。隨著 納米電子學(xué) 的飛速發(fā)展，電子元件的 微型化和高度集成化 要求測量系統(tǒng)也要 微型化 。 在 21世紀 ，超導(dǎo)量子相干器件、 超微霍耳探測器和超微磁場探測器 將 成為納米電子學(xué) 中的 主要角色 。 以 巨磁電阻效應(yīng) 為基礎(chǔ)設(shè)計的 超微磁場 傳感器， 要求能探測 102T至106T的磁通密度 。如此低的磁通密度 在過去 是無法測量的，特別是在超微系統(tǒng) 測量如此微弱的磁 通 密度 十分困難 ， 納米 結(jié)構(gòu)的 巨磁電阻器件 可以 完成 這個 任務(wù) 。 有 q =Cu ?線性電容元件 uqC de f? C 稱為電容器的電容 C i u + – + – 2. 電容元件 (capacitor) ? ?0)(:),( ??? qufqu CC如果 元件 的賦定關(guān)系為 u 和 q之間的代數(shù)關(guān)系（方程），該元件稱為 電 容 元件 。記為： 電容元件也有 線性 和 非線性 之分。 q u 0 ? 庫伏（ q~u） 特性 )(00 d1d 1)( ????? ?? ttt ξiCuξiCtu ttuCtqidddd ????? tt ξiqtq t 00 d)( )( ?非線性電容元件 0)1(000??? q kue i + – u )(iq?非線性 電容元件也可分為壓控型 、 荷控型 、 單調(diào)型和多值型 ?大多數(shù)實際的 電容器 屬于 單調(diào) 型 。 ?例如變?nèi)荻O管就是一個 單調(diào) 型 非線性電容 ， 在通信工程中有 重要應(yīng)用 。 變?nèi)荻O管 qu特性為 ??)1(0uCC??變線性電容的機械調(diào)諧為非線性的調(diào)電壓 3 電感元件 (inductor) L i + – u 基本變量 : 電流 i , 磁鏈 ? ? 線性電感元件 iψL def?? = N ?為電感線圈的磁鏈 L 稱為自感系數(shù) ? ? i 0 ? ?0)(:),( ??? ?? ifi LL如果 元件 的賦定關(guān)系為 ? 和 i之間的代數(shù)關(guān)系（方程），該元件稱為 電 感 元件 。記為： 電感元件也可分為 線性 和 非線性 兩大類。 ? 線性 電感元件的伏安特性為一條 過原點 的直線 tiLedd??i , ? 右螺旋 e , ?右螺旋 u , e 一致 u , i 關(guān)聯(lián) tiLeu dd???? i + – u – + e ?相應(yīng)的 電壓和電流 關(guān)系為 是 線性時變 電感元件。 )2co s (10 tLLL aa ????同步機 定子 電感： )()()( titLt ????? t tu0 d)0(??????t tuLi d1 ??? t tuLi 0 d1)0(鐵心線圈的韋安 （ ? ~i ）特性（磁滯回線 ? i 0 i + – u )(i?? 非線性 電感元件 非線性 電感元件可分為流控型 、 鏈控型 、單調(diào)型和多值型 。 從圖示鐵心線圈磁滯回線可以看出 ， 實際鐵心電感是多值的 。工程上取平均磁化曲線并做 線性化處理 。 ?目前在研的 光電互感器 對解決鐵心線圈非線性等 很有工程實際意義 。 fM（ q ,ψ ） =0 M（ q）： 記憶電阻 元件 dtdqdqqdfdtdu ??? ）（?韋 庫特性 ）（ qf??i + － u )()()( tiqMtu ?????ttidtq ）（）（ ， 電阻的量綱 ，顯然其電阻值隨 q變化 與之歷史有關(guān)， 稱為 記憶 (電阻 )元件 dqqdfqM )()( ?4 憶阻元件 (memoriter) 如果 元件 的賦定關(guān)系為 ? 和 q之間的代數(shù)關(guān)系（方程），該元件稱為 記憶電阻 元件。記為： ? ?0),(:),( ??? ?? qfq MM?記憶電阻特性分析 Miuc o n s tMqMf M ??? ,)(為線性函數(shù)，1971年由美國加州大學(xué)伯克利分校的電子工程師蔡少棠教授首次提出， 但當(dāng)時還沒有納米技術(shù)，他的發(fā)現(xiàn)因此被擱淺。 2022年 5月的 《 自然 》 期刊中，科學(xué)家已經(jīng)證實第四種無源基本元件 ——憶阻（ memristor）的存在， 并且成功設(shè)計出能工作的憶阻實物模型。 2022， HP 實驗室成功研發(fā)該原件 HP將和 Hynix合作，在2022年前讓使用憶阻器的記憶裝置上市 Letters The missing memristor found Dmitri B. Strukov, Gregory S. Snider, Duncan R. Stewart amp。 R. Stanley Williams Nature Vol 453| 1 May 2022| doi:獨立電源 (Independent Sources) 1. 電壓源 (Voltage Source) 非線性電阻 非線性電容 2. 電流源 (Current Source) 非線性電阻 非線性電感 a b suu?? 0 0a b s su u i u q? ? ? ?ab sii?? 0 0a b s si i u i? ? ? ? ?aib－＋suasib? 直流電壓源 （ 理想 ） 既可歸入 電阻元件 又可歸入 電容元件 RxxiUu S ????? 0))((或 RxxqUu S ????? 0))((直流電壓源的元件賦定關(guān)系可表為： ? 直流電流源 （ 理想 ） 既可歸入 電阻元件 又可歸入 電感元件 RxxuIi S ????? 0))((或 RxxIi S ????? 0))(( ?直流電流源的元件賦定關(guān)系可表為： 基本二端代數(shù)元件小結(jié) 無記憶 (或即時 )元件 電阻元件不具有記憶特性 記憶元件 電容元件、電感元件和憶阻元件都具有記憶特性 uiuqiq??????? ??基 本 電 阻 元 件 ： 用 和 之 間 的 代 數(shù) 關(guān) 系 表 征二 端 電 容 元 件 ： 用 和 之 間 的 代 數(shù) 關(guān) 系 表 征代 數(shù) 電 感 元 件 ： 用 和 之 間 的 代 數(shù) 關(guān) 系 表 征元 件 憶 阻 元 件 ： 用 和 之 間 的 代 數(shù) 關(guān) 系 表 征?基本二端代數(shù)元件 線性 與 非線性、時變與非時變性 的說明 ： 以 電容 元件為例 q=cu q=c（ u） u q=c（ t） u q=c（ u， t） u C=const c（ u） q=（ 2+5sinωt） u q=（ 2u+5t） u3 線性，時不變 非線性，時不變 線性，時變 非線性，時變 為任意整數(shù)???? ,0)( )()( ?iuf；稱為端口指數(shù)?? , 統(tǒng)一表為 二端 代數(shù)元件 ,或 。元件－簡稱元件 ???? )()( iu ??? , 至少有一個為正時稱為 高階二端代數(shù) 元件。 ；為元件階數(shù)－ ??+ ui? ? 二 .高階元件 (Higher order Element) 個基本變量表示的唯一取值，盡量用四利用 ?? ,電阻元件 :(0,0) 電容元件 :(0,1) 電感元件 :(1,0) 憶阻元件 :(1,1) 電阻 ,憶阻稱為零階元件 電感 ,電容稱為一階元件 元件階數(shù) :｜ α－ β｜ 例 0),( )1()2( ??iuf為 (2,1)階二端代數(shù)元件 , 為高階 (三階 )二端代數(shù)元件 不是高階比如形式出現(xiàn)僅以形式出現(xiàn)僅以變量0),(.,)2()1()()(?iiufiiuu ??0),( ?iuf R0),( )1( ??iuf C0),( )1( ?? iuf L0),( )1()1( ??? iuf M韋安特性 0)( )()( ??? iuf用基本變量表示 dtdiitu 2)( ? )1(, iiu?? ?ttdtdtdiidui020)1()( ??元件。但將上式積分：似乎不是基本二端代數(shù)初看三個變量 Ctititidiittii?????? ?)(31 )0(31)(31)0()(3)3(3)()0(2）（即 ???是二端電感元件的賦定關(guān) 系 ,屬于基本二端代數(shù)元件 對于 (α,β)階線性元件 ,其賦定關(guān)系為 或 ? ? ? ??? miu ? 1） E元件 0),(, )2()0(22?? iuftdidu賦定關(guān)系為： ? ? ? ??? umi1? ? 當(dāng) β－ α＜ 0時 , 與 (α－ β,0)階元件 等效 0),(, )0()2(22?? iuftdudi)( ?? ?? Dui + uiD+ uiE 2） D元件 賦定關(guān)系為： )( ?? ?? Eiu?當(dāng) β－ α＞ 0時 , 與 (0,β－ α)階元件 等效 )()( ?? miu ?? ? ? ??? umi1?● (β－ α)為偶數(shù)時 , 線性高階元件為頻變電阻 ● (β－ α)為奇數(shù)時 , 線性高階元件為頻變電抗 ）階元件，是線性的，屬于（如 2022tdidEu ?代入?js ?? ? EjIjUjZ 2)()( ???? ???? ? ? ???? jEIjjU 2)( ?