磁阻效应（Magnetoresistance Effects，MR），是指金属或半导体的电阻值随外加与电流垂直的磁场的变化而变化的现象。

1857年，英国的威廉·汤姆森（Wiliam Thomson）首先发现了铁磁多晶体的各向异性磁电阻效应。磁阻效应是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。磁阻效应主要有常磁阻、巨磁阻、庞磁阻、各向异性磁阻、隧道磁阻、直冲磁阻、顺行磁阻、异常磁阻等，以及与电感、阻抗相关的巨磁阻抗效应。衡量磁阻效应大小的物理量称为归一化磁电阻，即用电阻率的相对改变量来标示磁阻。

分类

若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般情况下，载流子的有效质量的驰豫时时间与方向无关，则纵向磁感强度不引起载流子偏移，因而无纵向磁阻效应。

磁阻效应主要分为：常磁阻，巨磁阻，超巨磁阻，异向磁阻，穿隧磁阻效应等

常磁阻(OrdinaryMagnetoresistance,OMR)

对所有非磁性金属而言，由于在磁场中受到洛伦兹力的影响，传导电子在行进中会偏折，使得路径变成沿曲线前进，如此将使电子行进路径长度增加，使电子碰撞机率增大，进而增加材料的电阻。磁阻效应最初于1856年由威廉·汤姆森，即后来的开尔文爵士发现，但是在一般材料中，电阻的变化通常小于，这样的效应后来被称为“常磁阻”(ordinarymagnetoresistance,OMR)。

巨磁阻(GiantMagnetoresistance,GMR)

所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。

超巨磁阻(ColossalMagnetoresistance,CMR)

超巨磁阻效应（也称庞磁阻效应）存在于具有钙钛矿(Perovskite)的陶瓷氧化物中。其磁阻变化随着外加磁场变化而有数个数量级的变化。其产生的机制与巨磁阻效应(GMR)不同，而且往往大上许多，所以被称为“超巨磁阻”。如同巨磁阻效应(GMR)，超巨磁阻材料亦被认为可应用于高容量磁性储存装置的读写头。不过，由于其相变温度较低，不像巨磁阻材料可在室温下展现其特性，因此离实际应用尚需一些努力。

异向磁阻(Anisotropicmagnetoresistance,AMR)

有些材料中磁阻的变化，与磁场和电流间夹角有关，称为异向性磁阻效应。此原因是与材料中s轨域电子与d轨域电子散射的各向异性有关。由于异向磁阻的特性，可用来精确测量磁场。

穿隧磁阻效应(TunnelMagnetoresistance,TMR)

穿隧磁阻效应是指在铁磁-绝缘体薄膜(约1纳米)-铁磁材料中，其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。此效应首先于1975年由MichelJulliere在铁磁材料(Fe)与绝缘体材料(Ge)发现；室温穿隧磁阻效应则于1995年，由TerunobuMiyazaki与Moodera分别发现。此效应更是磁性随机存取内存(magneticrandomaccessmemory,MRAM)与硬盘中的磁性读写头(readsensors)的科学基础。

应用

磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。

磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域得到广泛应用，如数字式罗盘、交通车辆检测、导航系统、伪钞检别、位置测量等。

其中最典型的锑化铟（InSb）传感器是一种价格低廉、灵敏度高的磁阻器件磁电阻，有着十分重要的应用价值。

2007年诺贝尔物理学奖授予来自法国国家科学研究中心的物理学家阿尔贝·费尔和来自德国尤利希研究中心的物理学家皮特·克鲁伯格，以表彰他们发现巨磁电阻效应的贡献。

工作原理

地球磁场扰动的检测工作原理

在地球磁场的一定范围内，其磁场强度是基本保持不变的，因此可以将没有扰动的地球磁场强度作为参考磁场强度。如果具有一定铁磁性的物体进入参考磁场时，就会对之前稳定的地球磁场产生干扰，从而磁场强度会发生变化。当一辆车具有比较大的铁磁特性时，其在静止或在行驶过程中，都会对稳定的地磁场产生扰动，但这种扰动相对参考磁场来讲是比较大的。根据这样的磁场扰动特性，物理学家发现可以采用可以检测磁场扰动的传感器对这种扰动进行数据采集分析，就能够获取车辆的行驶状态和基本参数，通过交通工程学可以进一步获取更多更详细的交通基础数据。这就是地球磁场扰动的检测工作原理。

发展经历

材料的电阻会因为外加磁场而增加或减少，则称电阻的变化称为磁阻（MR）。磁阻效应是1857年由英国物理学家威廉·汤姆森发现的，它在金属里可以忽略，在半导体中则可能由小到中等。从一般磁阻开始，磁阻发展经历了巨磁阻（GMR）、庞磁阻（CMR）、穿隧磁阻（TMR）、直冲磁阻（BMR）和异常磁阻（EMR）。

实验原理

一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图1中a端和b端短路，则磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用表示。其中为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为，则。由于磁阻传感器电阻的相对变化率）正比于，这里，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量来表示磁阻效应的大小。

实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中与磁感应强度B呈线性关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。

处于磁场中的磁阻器件和一个外接电阻串联，接在恒流源的分压电路中，通过对R的调节可以调节磁阻器件中电流的大小，电压表联接1或2可以分别监测外接电阻的电压和磁阻器件的电压。

仪器仪表材料

其他科技名词

物理效应

参考资料