Magnetoresistance
મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ એ સામગ્રી (ઘણીવાર લોહચુંબકીય) ની બાહ્ય રીતે લાગુ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં તેના વિદ્યુત પ્રતિકારના મૂલ્યને બદલવાની વૃત્તિ છે. ત્યાં વિવિધ અસરો છે જેને મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ કહી શકાય. કેટલાક જથ્થાબંધ બિન-ચુંબકીય ધાતુઓ અને સેમિકન્ડક્ટર્સમાં જોવા મળે છે, જેમ કે ભૌમિતિક મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ, શુબનિકોવ-ડી હાસ ઓસિલેશન અથવા ધાતુઓમાં સામાન્ય હકારાત્મક મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ. અન્ય અસરો ચુંબકીય ધાતુઓમાં થાય છે, જેમ કે ફેરોમૅગ્નેટમાં નકારાત્મક મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ અથવા એનિસોટ્રોપિક મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (એએમઆર). છેવટે, બહુ-ઘટક અથવા બહુસ્તરીય પ્રણાલીઓમાં (દા. ત. ચુંબકીય ટનલ જંકશન), વિશાળ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (જી. એમ. આર.), ટનલ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (ટી. એમ. આર.), પ્રચંડ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (સી. એમ. આર.) અને અસાધારણ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (ઇ. એમ. આર.) જોઇ શકાય છે. પ્રથમ મેગ્નેટોરેસિસ્ટિવ અસરની શોધ 1856 માં વિલિયમ થોમસન દ્વારા કરવામાં આવી હતી, જે લોર્ડ કેલ્વિન તરીકે વધુ જાણીતા હતા, પરંતુ તેઓ કોઈ પણ વસ્તુના વિદ્યુત પ્રતિકારને 5 ટકાથી વધુ ઘટાડવામાં અસમર્થ હતા. આજે, અર્ધ ધાતુઓ અને કેન્દ્રિત વીંટી ઇ. એમ. આર. માળખાઓ સહિતની પ્રણાલીઓ જાણીતી છે. આમાં, ચુંબકીય ક્ષેત્ર તીવ્રતાના ક્રમ દ્વારા પ્રતિકારને સમાયોજિત કરી શકે છે. વિવિધ પદ્ધતિઓ પ્રતિકારમાં ફેરફાર કરી શકે છે, તેથી તે પરિસ્થિતિઓને અલગથી ધ્યાનમાં લેવી ઉપયોગી છે જ્યાં તે સીધા ચુંબકીય ક્ષેત્ર પર આધાર રાખે છે (દા. ત. ભૌમિતિક મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ અને મલ્ટીબેન્ડ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ) અને જ્યાં તે પરોક્ષ રીતે મેગ્નેટીઝેશન દ્વારા કરે છે (દા. ત. મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ). એએમઆર અને ટીએમઆર). ડિસ્કવરી વિલિયમ થોમસન (લોર્ડ કેલ્વિન) એ સૌપ્રથમ 1856માં સામાન્ય મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સની શોધ કરી હતી. તેમણે લોખંડના ટુકડાઓ સાથે પ્રયોગ કર્યો અને શોધ્યું કે જ્યારે પ્રવાહ ચુંબકીય બળની સમાન દિશામાં હોય ત્યારે પ્રતિકાર વધે છે અને જ્યારે પ્રવાહ ચુંબકીય બળથી 90° પર હોય ત્યારે ઘટે છે. ત્યારબાદ તેમણે નિકલ સાથે એ જ પ્રયોગ કર્યો અને જાણવા મળ્યું કે તેની અસર એ જ રીતે થઈ હતી પરંતુ તેની અસરની તીવ્રતા વધારે હતી. આ અસરને એનિસોટ્રોપિક મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (એએમઆર) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. 2007 માં, આલ્બર્ટ ફર્ટ અને પીટર ગ્રુનબર્ગને સંયુક્ત રીતે વિશાળ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સની શોધ માટે નોબેલ પુરસ્કાર એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો. ભૌમિતિક મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ વિદ્યુત પ્રવાહ પર ચુંબકીય ક્ષેત્રની સીધી ક્રિયાને કારણે મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સનું ઉદાહરણ કોર્બિનો ડિસ્ક પર અભ્યાસ કરી શકાય છે (આકૃતિ જુઓ). તેમાં સંપૂર્ણ રીતે વહન કરતા રિમ્સ સાથે વાહક વલયાકારનો સમાવેશ થાય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર વિના, બેટરી રિમ્સ વચ્ચે રેડિયલ પ્રવાહ ચલાવે છે. જ્યારે વલયાકારના સમતલને લંબરૂપ ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે (પૃષ્ઠની અંદર અથવા બહાર) લોરેન્ટ્ઝ બળને કારણે પ્રવાહનો ગોળાકાર ઘટક પણ વહે છે. આ સમસ્યામાં પ્રારંભિક રસ 1886માં બોલ્ટ્ઝમેન સાથે શરૂ થયો હતો અને 1911માં કોર્બિનો દ્વારા સ્વતંત્ર રીતે ફરીથી તપાસ કરવામાં આવી હતી. એક સરળ મોડેલમાં, ધારો કે લોરેન્ટ્ઝ બળનો પ્રતિસાદ વિદ્યુત ક્ષેત્ર માટે સમાન છે, વાહક વેગ v આના દ્વારા આપવામાં આવે છેઃ જ્યાં μ એ વાહક ગતિશીલતા છે. વેગ માટે ઉકેલ, આપણે શોધીએ છીએઃ જ્યાં બી-ક્ષેત્ર (આ ક્ષેત્રને લંબરૂપ ગતિ માટે) ને કારણે ગતિશીલતામાં અસરકારક ઘટાડો સ્પષ્ટ છે. વિદ્યુત પ્રવાહ (વેગના રેડિયલ ઘટકના પ્રમાણમાં) વધતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે ઘટશે અને તેથી ઉપકરણનો પ્રતિકાર વધશે. ગંભીર રીતે, આ મેગ્નેટોરેસિસ્ટિવ દૃશ્ય ઉપકરણની ભૂમિતિ અને વર્તમાન રેખાઓ પર સંવેદનશીલ રીતે આધાર રાખે છે અને તે ચુંબકીય સામગ્રી પર આધાર રાખતું નથી. એક જ વાહક પ્રકાર ધરાવતા સેમિકન્ડક્ટરમાં, મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (1 + (μB) 2) ના પ્રમાણમાં હોય છે, જ્યાં μ એ સેમિકન્ડક્ટર મોબિલિટી (એકમો m2·V−1·s−1 અથવા T−1) છે અને B એ ચુંબકીય ક્ષેત્ર (એકમો ટેસ્લાસ) છે. ઇન્ડિયમ એન્ટિમોનાઇડ, ઉચ્ચ ગતિશીલતા સેમિકન્ડક્ટરનું ઉદાહરણ, 300 K પર 4 m2·V−1·s−1 થી વધુ ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલતા ધરાવી શકે છે. એનિસોટ્રોપિક મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ (એએમઆર) થોમસનના પ્રયોગો એએમઆરનું ઉદાહરણ છે, જે એવી સામગ્રીનો ગુણધર્મ છે જેમાં વિદ્યુત પ્રવાહની દિશા અને ચુંબકીયકરણની દિશા વચ્ચેના ખૂણા પર વિદ્યુત પ્રતિકારની નિર્ભરતા જોવા મળે છે. મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં ચુંબકત્વ અને સ્પિન-ઓર્બિટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની એક સાથે ક્રિયાથી અસર ઊભી થાય છે (બિન-સમરેખીય ચુંબકીય ક્રમ સાથે સંબંધિત અપવાદો હોવા છતાં, સેક જુઓ. 4 (બી) સમીક્ષામાં) અને તેની વિગતવાર પદ્ધતિ સામગ્રી પર આધારિત છે. તે ઉદાહરણ તરીકે ચુંબકત્વની દિશામાં ઇલેક્ટ્રોનના s-d સ્કેટરિંગની મોટી સંભાવનાને કારણે હોઈ શકે છે (જે લાગુ ચુંબકીય ક્ષેત્ર દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે). ચોખ્ખી અસર (મોટાભાગની સામગ્રીમાં) એ છે કે જ્યારે વર્તમાનની દિશા લાગુ કરેલા ચુંબકીય ક્ષેત્રની સમાંતર હોય ત્યારે વિદ્યુત પ્રતિકારનું મહત્તમ મૂલ્ય હોય છે. નવી સામગ્રીના એ. એમ. આર. ની તપાસ કરવામાં આવી રહી છે અને કેટલાક યુરેનિયમ (પરંતુ અન્યથા તદ્દન પરંપરાગત) લોહચુંબકીય સંયોજનોમાં 50 ટકા સુધીની તીવ્રતા જોવા મળી છે. ખૂબ જ તાજેતરમાં, અત્યંત એએમઆર ધરાવતી સામગ્રીને બિનપરંપરાગત પદ્ધતિઓ દ્વારા સંચાલિત કરવામાં આવી છે જેમ કે ચુંબકીય ક્ષણોને ફેરવીને ધાતુ-અવાહક સંક્રમણ થાય છે (જ્યારે ચુંબકીય ક્ષણોની કેટલીક દિશાઓ માટે, પ્રણાલી અર્ધ-ધાતુયુક્ત હોય છે, અન્ય દિશાઓ માટે અંતર ખુલે છે). પોલિક્રિસ્ટલાઇન ફેરોમેગ્નેટિક પદાર્થોમાં, એ. એમ. આર. માત્ર ચુંબકત્વ અને વર્તમાન દિશા વચ્ચેના ખૂણા પર આધાર રાખી શકે છે અને (જ્યાં સુધી પદાર્થની પ્રતિકારકતાને બે ક્રમના ટેન્સર દ્વારા વર્ણવી શકાય છે), તે અનુસરવું આવશ્યક છે જ્યાં ફિલ્મની (સમાંતર) પ્રતિરોધકતા છે અને અનુક્રમે અને માટે પ્રતિકારકતા છે. સમાંતર પ્રતિકારકતા સાથે સંકળાયેલ, ત્યાં ટ્રાન્સવર્સલ પ્રતિકારકતા પણ છે જેને (કંઈક અંશે ગૂંચવણભરી રીતે [1]) પ્લેનર હોલ અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. મોનોક્રિસ્ટલ્સમાં, પ્રતિકારકતા વ્યક્તિગત રીતે પણ આધાર રાખે છે. બિન-રેખીય લાક્ષણિકતાઓ અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની ધ્રુવીયતા શોધવામાં અસમર્થતાની ભરપાઈ કરવા માટે, સેન્સર માટે નીચેની રચનાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. તેમાં એલ્યુમિનિયમ અથવા સોનાની પટ્ટાઓ હોય છે જે 45°ના ખૂણા પર વળેલી પર્મેલોય (એએમઆર અસર દર્શાવતી લોહચુંબકીય સામગ્રી) ની પાતળી ફિલ્મ પર મૂકવામાં આવે છે. આ માળખું પ્રવાહને પાતળા આવરણની "સરળ અક્ષો" સાથે નહીં, પરંતુ 45°ના ખૂણા પર વહેવા માટે દબાણ કરે છે. પ્રતિકારની અવલંબન હવે કાયમી ઓફસેટ ધરાવે છે જે નલ પોઇન્ટની આસપાસ રેખીય છે. તેના દેખાવને કારણે, આ સેન્સર પ્રકારને 'વાળંદ ધ્રુવ' કહેવામાં આવે છે. એએમઆર અસરનો ઉપયોગ પૃથ્વીના ચુંબકીય ક્ષેત્ર (ઇલેક્ટ્રોનિક હોકાયંત્ર) ના માપન માટે, વિદ્યુત પ્રવાહ માપવા માટે (વાહકની આસપાસ બનાવેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રને માપવા માટે), ટ્રાફિક શોધ માટે અને રેખીય સ્થિતિ અને કોણ સંવેદના માટે સેન્સરની વિશાળ શ્રેણીમાં થાય છે. સૌથી મોટા એએમઆર સેન્સર ઉત્પાદકો હનીવેલ, એનએક્સપી સેમિકન્ડક્ટર્સ, એસટીમાઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને સેન્સિટેક જીએમબીએચ છે. સૈદ્ધાંતિક પાસાઓ તરીકે, I. એ. કેમ્પબેલ, એ. ફર્ટ અને ઓ. જૌલ (સીએફજે) એ એસ-એસ અને એસ-ડી સ્કેટરિંગ પ્રક્રિયાઓ સાથે બે-વર્તમાન મોડેલનો ઉપયોગ કરીને ની-આધારિત મિશ્રધાતુઓ માટે એએમઆર ગુણોત્તરની અભિવ્યક્તિ મેળવી છે, જ્યાં એસ એક વહન ઇલેક્ટ્રોન છે અને ડી સ્પિન-ઓર્બિટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સાથે 3 ડી સ્થિતિ છે. એ. એમ. આર. ગુણોત્તરને અને, ક્યાં, સાથે દર્શાવવામાં આવે છે, અને તે સ્પિન-ઓર્બિટ કપલિંગ કોન્સ્ટન્ટ (કહેવાતા), એક્સચેન્જ ફિલ્ડ અને સ્પિન માટે રેઝિસ્ટિવિટી છે. વધુમાં, તાજેતરમાં, સતોશી કોકાડો એટ અલ. તેમણે સી. એફ. જે. સિદ્ધાંતને વધુ સામાન્ય સિદ્ધાંત સુધી લંબાવીને 3ડી સંક્રમણ-ધાતુના ફેરોમૅગ્નેટ માટે એએમઆર ગુણોત્તરની સામાન્ય અભિવ્યક્તિ મેળવી છે. સામાન્ય અભિવ્યક્તિ અર્ધ-ધાતુઓ પર પણ લાગુ કરી શકાય છે. વિશાળ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ ટનલ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ કોલોસલ મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ એક્સ્ટ્રાઓર્ડિનરી મેગ્નેટોરેસિસ્ટન્સ મેગ્નેટોરેસિસ્ટિવ રેન્ડમ-એક્સેસ મેમરી ફૂટનોટ્સ 1 પણ જુઓ. (સામાન્ય) હોલ અસર ચુંબકીય ક્ષેત્રના ઉલટાવા પર સંકેતને બદલે છે અને તે લોરેન્ટ્ઝ બળને કારણે ભ્રમણકક્ષાની અસર (સ્પિન સાથે અસંબંધિત) છે. ટ્રાન્સવર્સલ એ. એમ. આર. (પ્લાનર હોલ ઇફેક્ટ) સંકેતને બદલતું નથી અને તે સ્પિન-ઓર્બિટ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે થાય છે. સંદર્ભો ચુંબકીય ક્રમમાં સ્પિનટ્રોનિક્સ વીડિયો ક્લિપ્સ ધરાવતા લેખો