[发明专利]用来探测磁场的装置和方法

说明书

本发明涉及用来探测磁场的传感器，更确切地说涉及利用某种金属化合物在磁场中经历从反铁磁态到铁磁态的电子相变而当磁场去除时又经历相反的电子相变，并相应地具有“巨大磁致电阻效应”的磁致电阻传感器。

磁致电阻器件在磁场变化时对通过它的电流呈现出电阻的变化。一般来说，用两层铁磁性材料来形成一个磁致电阻器件，而且其中被磁致电阻器件截取的磁场超过一层的矫顽力以便在一层中提供磁化方向的改变。磁致电阻器件已经用来探测来自磁带和直接存取存储器件(DASD)的磁场。例如，在连接于DASD中的滑块的磁头里设置一个磁致电阻器件。磁头设在旋转磁盘的磁性层上方，并探测发自磁性层的指示其中所存数据的磁场。磁致电阻器件的一些实例在1984年10月9日授予J.A.Aboaf等人的美国专利第4，476，454号中描述，该专利描述了利用表现出电阻率效应的负(Δρ)变化的磁致电阻材料的器件和电路。一种当磁场处于20至120Oe范围时表现出Δρ=9的较新的磁致电阻器件在1992年10月27日授予B.Dieny等人的题为“基于自旋阀效应的磁致电阻传感器”的美国专利第5，159，513中得以描述。

虽然9％的电阻率变化似乎很大了，但是工业上需要有在较低的磁场中呈现大于9％的电阻率变化的磁致电阻器件。

某些磁致电阻器件已经利用一个反铁磁性层来在铁磁性层中提供纵向交换偏置。该交换偏置只是固定铁磁性层中的磁化方向。一种这样的器件在1991年5月7日授予S.P.Parkin等人的美国专利第5，014，147号中描述，该装置使用一种Fe_(1-x)Mn_x合金作反铁磁性层，其中x在0.3至0.4范围内。

已经公知某些金属化合物经历从反铁磁性(AF)向铁磁性(FM)的磁性相变，这种金属化合物已在自然界中发现并在实验室中制造或配制。一种这样的金属化合物是铁铑(FeRh)。铁铑在约340K下经历从反铁磁性到铁磁性的相变。一种铁铑的比容的急剧增大伴随着相变。已经公布，铁铑的相变温度可以通过施加磁场H_cr来降低，以及该相变温度可以通过施加正压力P_cr来提高。J.S.Kouvel和C.C.Harteluis对天然多晶体FeRh试样的实验(见应用物理，Vol.33补充本，1343(1962))表明，当它加热而完成磁性相变时，其电阻率下降30％。

铁一铑薄膜及其合金在磁性记录上的应用在1971年9月21日授予J.M.Lommel的美国专利第3，607，460号中描述。在该专利中，用一个电子束把该薄膜的一些单个区域加热，使它们完成到铁磁态的第一级相变，随后让这些区域冷却到一个偏磁温度，该温度稍高于返回反铁磁态的相变温度。然后向整个薄膜施加一个磁场以便仅磁化薄膜中处于铁磁态的那些区域，并通过常规的电子束显微术实现所记录信息的读出。通过把薄膜冷却到低于转向反铁磁态的相变温度或通过向薄膜施加张力，可以消除薄膜的铁磁性。

按照本发明，描述一种用来探测磁场的装置和方法，包括由至少一种如Fe之类的磁性原子或离子和至少一种如Rh、Ru或Pd之类的非磁性原子或离子组成的材料，磁性原子或离子规则地排列于一种被非磁性原子或离子所散布的晶体中，在要被探测的所加磁场低于第一预定值的第一时间，磁性原子或离子与所有最邻近的磁性原子或离子呈反铁磁性匹配，而在要被探测的磁场超过第二预定值的第二时间，磁性原子或离子变成铁磁有序；一个耦合于加热元件的用来把材料温度控制在预定温度范围内的温度控制电路；以及一个用来使电流通过材料以便测定材料成为铁磁有序的时间的电流源。

本发明还提供一种磁头/磁盘组件的磁头中的磁致电阻传感器，该传感器包含一种由FeRh组成的材料，其具有适于定位于磁盘表面附近的表面；一个耦合于加热元件的用来把材料温度控制在预定温度范围内的温度控制电路；一个用来使电流通过材料的电流源；以及一个用来响应于材料上的电压而生成所存数据指示信号的数据电路。

本发明的这些和其他特征、目的和优点将在对照附图阅读时，通过本发明的以下详细描述的思考而得显而易见，附图中：

图1是有序化的FeRh的Ⅱ型反铁磁自旋结构的示意图；

图2是FeFh的计算总能量E与总磁矩M的关系曲线图；

图3是基于计算的FeRh的外加磁场H与总磁矩M的关系曲线图；

图4是基于计算的FeRh材料的磁化强度M与外加磁场H的关系曲线图；

图5是FeRh的临界磁场H_cr与温度的关系曲线图；

图6是本发明的一个实施例；