巨磁阻效應教學實驗

Abstract

2007年物理諾貝爾獎得獎題目為「巨磁阻效應」。此效應的發現，不但開啟了自旋電子學的大門，而且使磁性記錄的技術有了重大的躍進。為了讓學生在享受科技進步的同時，也能了解背後科學家的努力研究。我們設計了巨磁阻教學實驗，讓學生從操作中去學習巨磁阻效應的原理。 實驗開端先設置一線圈，提供線圈電流，達到電生磁的效應，再將巨磁阻感測器放置在線圈內，紀錄巨磁阻感測器的電阻值變化。由外加磁場改變，巨磁阻感測器電阻值隨之改變的情形，向學生引入巨磁阻效應的概念。我們使用一般高中生能理解的電阻串並聯模型，來解釋巨磁阻效應的機制。而更進階的學生，讓他們操作變溫的巨磁阻效應實驗，更深入的探討溫度對巨磁阻效應的影響，以及做磁性材料的一些特性分析。 巨磁阻教學實驗的設計，除了達到「學習巨磁阻效應」此主要目的外，仍可讓學生學習巨磁阻效應背後的物理原理，並與高中、大學的正規物理課程相連結，例如：電流磁效應、等效電阻、磁滯效應、磁化機制等。