A. 順磁性(Paramagnetism) B. 抗磁性(Diamagnetism) C. 鐵磁性 (Ferromagnetism) D. 反鐵磁性 (Antiferromagnetism) E. 亞鐵磁性 (Ferrimagnetism)
(A) 順磁性(Paramagnetism)
順磁性物質的分子具有靜磁矩，但因為熱效應影響而呈現混亂隨機的排列，
6
(B) 抗磁性(Diamagnetism)
電子軌道運動的磁矩，在受到一個外加磁場𝐵⃑ 時，會產生拉莫爾進動 (Larmor precession)，而感應出一個與外加磁場相反的的磁矩，因此所有 具磁矩的物質，皆有抗磁性，只是跟其他的磁性性質相比下小很多。
(C) 鐵磁性 (Ferromagnetism)
鐵磁性材料的磁矩間有很強的交換作用力(exchange interaction)，而當溫度 造成的熱擾動不足以拉開這作用力時，鄰近的磁矩便會指向同一方向，所以
7
(D)反鐵磁性 (Antiferromagnetism)
反鐵磁物質的磁矩成反平行排列，兩方向的磁矩大小相等，所以在巨觀上的 磁矩完全抵消，外加磁場後經磁矩依然為零。其排列示意圖如下：
圖 2-1-3 反鐵磁性磁矩排列示意圖[摘自維基百科]
(E) 亞鐵磁性 (Ferrimagnetism)
亞鐵磁性磁矩排列跟反鐵磁性類似，只是兩方向的磁矩大小不同，在巨觀 上沒有完全抵消。其示意圖如下：
2-1-4 亞鐵磁性磁矩排列示意圖[摘自維基百科]
8
2-2 磁異向性(magnetic anisotropy)
磁異向性(magnetic anisotropy)是指一材料的磁化難易度會因方向而有所不同，
以下介紹跟本實驗相關的磁異向性：
A. 磁晶格異向性(Magnetocrystalline anisotropy)
在晶格中的原子，其電子運動受結晶場侷限，因而導致其產生的磁矩容易
9
2. 雙軸異向性(bi-axial anisotropy)
容易磁化的方向有四個，分別在兩個軸上，這兩軸通常會垂直，異相 能 E 為：
E= Ksin2 2θ 3. 立方晶體異向性(cubic anisotropy)
如下圖顯示，以異向性為三軸互相垂直，異相能 E 為：
E = K (cos2φ1cos2φ2 + cos2φ2cos2φ3 + cos2φ3cos2φ1) + 高階項 φi =磁化方向與 i 軸間的角度，而K>0時，如圖左，呈現三個易軸，
K<0時，如圖右，變三個難軸。
圖 2-2-2 立方晶體異向性之空間能量密度圖[10]
B. 形狀異向性(Shape anisotropy)
此異向性形成的原因是因為形狀，譬如在一橢圓形材料中，磁矩會容易沿 著長軸方向排列，因為長軸方向的退磁場(demagnetizing field)比較小，所以這 樣排列能量比較低，而在本實驗樣品皆為薄膜，膜面長寬為釐米等級，膜厚 則為奈米等級，所以若只看形狀異向性而不考慮其他特殊異向性的作用的話，
磁矩皆會躺平在平行模面上，因此薄膜的形狀異向性也可稱做水平異向性(In-plane magnetic anisotropy)。
10
C. 垂直異向性(Perpendicular magnetic anisotropy)
垂直磁異向性是指薄膜材料形狀異向性消失，易軸在薄膜的垂直方向上，
而不在水平方向，此異向性是由薄膜與薄膜間的介面所產生，原因為介面處 的對稱性低於塊材內部，因此產生不同於塊材內部的異向性，也稱為介面異 向性(Interface anisotropy)，以現象學來看可以以垂直異向能 Keff (J‧m-3)、為 體積異向能 KV (J‧m-3)、為介面異向能 KS (J‧m-2)、為磁性層厚度 t 作一關
11
2-3 磁阻(magnetoresistance, MR)
磁阻是指外加磁場會影響材料電傳導特性的現象，而此現象可以判斷樣品磁結 構，以下介紹幾個與本實驗相關的磁阻。
(A)常磁阻(ordinary magnetoresistance, OMR)
在所有金屬導體中都可以看到常磁阻現象，而此現象的效應讓電阻值在有外 加場的情況下增加，而使電阻上升的原因為自由電子在磁場中運動時因受到羅倫 茲力(Lorentz force)的影響，讓導電電子運動路徑偏折，而增加電子在傳輸時的運 動路徑，使電子與晶格碰撞散射的機率上升所造成。
(B)異向性磁阻(anisotropic magnetoresistance, AMR)
在磁性導體材料中，除了羅倫茲力(Lorentz force)外，也會因為外加場對磁矩
12
形成這種有方向性差異的異向性磁阻的原因來自於 s-d scattering 的效應，金 屬裡的導電電子受到價帶電子的散射，從原來的軌跡發生偏離，而未成對的價帶 電子因具有磁矩，會被外加磁場影響而改變電子雲的分布，造成價帶電子對運動 中的導電電子有不同的散射能力，電阻大小因而改變。
圖 2-3-2 坡莫合金的在不同磁場下的異向性磁阻[11]
(C)幾何尺寸效應(geometrical size effect, GSE)
磁性塊材的磁阻量測中，與電流垂直的方向為一個平面，如圖，磁矩在此平 面上的任意方向量測到的電阻值都是相同的；然而在塊材變成薄膜材料後，磁矩 與 電 流 垂 直 的 平 面 ， 又 可 拆 成 平 行 膜 面 (in plane, transverse) 和 垂 直 膜 面 (perpendicular)兩個方向，如圖，在磁性單層膜(Co, Ni, Py, Fe)中，磁矩平行膜面 的電阻(ρT)會大於磁矩垂直膜面的電阻(ρP)，此為幾何尺寸效應。此效應造成的 磁阻變化比值與 AMR 相近。
13
圖 2-3-3 鐵磁塊材
圖 2-3-4 鐵磁薄膜
14
(C) 巨磁阻(Giant Magnetoresistance, GMR)
此磁阻一開始是在 Fe/Cr 多層膜上發現的，將此多層膜在 4.2K 的環境下