Magnetoresistance
مقناطیسی مزاحمت کسی مادے (اکثر فیرومیگنیٹک) کا رجحان ہے جو بیرونی طور پر لاگو مقناطیسی میدان میں اپنی برقی مزاحمت کی قدر کو تبدیل کرتا ہے۔ مختلف قسم کے اثرات ہوتے ہیں جنہیں مقناطیسی مزاحمت کہا جا سکتا ہے۔ کچھ بلک غیر مقناطیسی دھاتوں اور سیمی کنڈکٹرز میں پائے جاتے ہیں، جیسے ہندسی مقناطیسی مزاحمت، شوبنکوف-ڈی ہاس ارتعاش، یا دھاتوں میں عام مثبت مقناطیسی مزاحمت۔ دیگر اثرات مقناطیسی دھاتوں میں پائے جاتے ہیں، جیسے کہ فیرومیگنیٹ میں منفی مقناطیسی مزاحمت یا انیسوٹروپک مقناطیسی مزاحمت (اے ایم آر)۔ آخر میں، ملٹی اجزاء یا ملٹی لیئر سسٹمز میں (مثال کے طور پر۔ مقناطیسی سرنگ جنکشن)، وشال مقناطیسی مزاحمت (جی ایم آر)، سرنگ مقناطیسی مزاحمت (ٹی ایم آر)، بڑے پیمانے پر مقناطیسی مزاحمت (سی ایم آر)، اور غیر معمولی مقناطیسی مزاحمت (ای ایم آر) کا مشاہدہ کیا جا سکتا ہے۔ پہلا مقناطیسی اثر 1856 میں ولیم تھامسن نے دریافت کیا تھا، جسے لارڈ کیلون کے نام سے جانا جاتا ہے، لیکن وہ کسی بھی چیز کی برقی مزاحمت کو 5 فیصد سے زیادہ کم کرنے میں ناکام رہا۔ آج، سیمی میٹلز اور کنسنٹریک رنگ ای ایم آر ڈھانچے سمیت نظام معلوم ہیں۔ ان میں مقناطیسی میدان شدت کے لحاظ سے مزاحمت کو ایڈجسٹ کر سکتا ہے۔ چونکہ مختلف میکانزم مزاحمت کو تبدیل کر سکتے ہیں، اس لیے ایسے حالات پر الگ سے غور کرنا مفید ہے جہاں یہ براہ راست مقناطیسی میدان پر منحصر ہو (مثال کے طور پر۔ ہندسی مقناطیسی مزاحمت اور ملٹی بینڈ مقناطیسی مزاحمت) اور وہ جہاں یہ مقناطیسیت کے ذریعے بالواسطہ طور پر ایسا کرتا ہے (جیسے۔ اے ایم آر اور ٹی ایم آر)۔ دریافت ولیم تھامسن (لارڈ کیلون) نے پہلی بار 1856 میں عام مقناطیسی مزاحمت دریافت کی۔ انہوں نے لوہے کے ٹکڑوں کے ساتھ تجربہ کیا اور دریافت کیا کہ جب کرنٹ مقناطیسی قوت کی سمت میں ہوتا ہے تو مزاحمت بڑھ جاتی ہے اور جب کرنٹ مقناطیسی قوت کے 90° پر ہوتا ہے تو کم ہو جاتی ہے۔ اس کے بعد انہوں نے نکل کے ساتھ بھی یہی تجربہ کیا اور پتہ چلا کہ یہ اسی طرح متاثر ہوا تھا لیکن اثر کی شدت زیادہ تھی۔ اس اثر کو انیسوٹروپک میگنیٹوریسسٹنس (اے ایم آر) کہا جاتا ہے۔ 2007 میں البرٹ فرٹ اور پیٹر گرونبرگ کو وشال مقناطیسی مزاحمت کی دریافت کے لیے مشترکہ طور پر نوبل انعام سے نوازا گیا۔ جیومیٹریکل مقناطیسی مزاحمت برقی کرنٹ پر مقناطیسی میدان کے براہ راست عمل کی وجہ سے مقناطیسی مزاحمت کی ایک مثال کا مطالعہ کوربینو ڈسک پر کیا جا سکتا ہے (شکل دیکھیں)۔ یہ مکمل طور پر کنڈکٹنگ رمز کے ساتھ ایک کنڈکٹنگ اینولس پر مشتمل ہوتا ہے۔ مقناطیسی میدان کے بغیر، بیٹری رمز کے درمیان ریڈیل کرنٹ چلاتی ہے۔ جب اینولس کے طیارہ پر عمودی مقناطیسی میدان لگایا جاتا ہے، (صفحہ کے اندر یا باہر) تو لورینٹز قوت کی وجہ سے کرنٹ کا ایک سرکلر جزو بھی بہتا ہے۔ اس مسئلے میں ابتدائی دلچسپی 1886 میں بولٹزمین کے ساتھ شروع ہوئی، اور 1911 میں کوربینو نے آزادانہ طور پر دوبارہ جانچ پڑتال کی۔ ایک سادہ نمونے میں، فرض کریں کہ لورینٹز قوت کا ردعمل برقی میدان کے لیے یکساں ہے، کیریئر کی رفتار v اس طرح دی جاتی ہے: جہاں کیریئر کی نقل و حرکت μ ہے۔ رفتار کے لیے حل کرتے ہوئے، ہم پاتے ہیں: جہاں B-فیلڈ (اس فیلڈ کے لیے عمودی حرکت کے لیے) کی وجہ سے نقل و حرکت میں موثر کمی ظاہر ہوتی ہے۔ برقی کرنٹ (رفتار کے شعاعی جزو کے متناسب) مقناطیسی میدان میں اضافے کے ساتھ کم ہو جائے گا اور اس لیے آلہ کی مزاحمت میں اضافہ ہو جائے گا۔ تنقیدی طور پر، یہ مقناطیسی منظرنامہ آلہ کی جیومیٹری اور موجودہ لائنوں پر حساس طور پر منحصر ہے اور یہ مقناطیسی مواد پر انحصار نہیں کرتا ہے۔ ایک واحد کیریئر قسم کے سیمی کنڈکٹر میں، مقناطیسی مزاحمت (1 + (μB) 2) کے متناسب ہوتی ہے، جہاں μ سیمی کنڈکٹر کی نقل و حرکت ہے (یونٹس m2·V−1·s−1 یا T−1) اور B مقناطیسی میدان ہے (یونٹس ٹیسلا)۔ انڈیئم اینٹی مونائیڈ، جو ایک اعلی نقل و حرکت والے سیمی کنڈکٹر کی ایک مثال ہے، 300 K پر 4 m2·V−1·s−1 سے اوپر الیکٹران کی نقل و حرکت رکھ سکتی ہے۔ لہذا 0.25 T فیلڈ میں، مثال کے طور پر مقناطیسی مزاحمت میں اضافہ 100% ہوگا۔ اینسوٹروپک مقناطیسی مزاحمت (اے ایم آر) تھامسن کے تجربات اے ایم آر کی ایک مثال ہیں، جو ایک ایسے مادے کی خاصیت ہے جس میں برقی کرنٹ کی سمت اور مقناطیسیت کی سمت کے درمیان کے زاویے پر برقی مزاحمت کا انحصار مشاہدہ کیا جاتا ہے۔ اثر زیادہ تر معاملات میں مقناطیسیت اور گھماؤ مدار کے تعامل کے بیک وقت عمل سے پیدا ہوتا ہے (غیر کالینیئر مقناطیسی ترتیب سے متعلق مستثنیات کے باوجود، سیک دیکھیں۔ 4 (ب) جائزے میں) اور اس کا تفصیلی طریقہ کار مواد پر منحصر ہے۔ یہ مثال کے طور پر مقناطیسیت کی سمت میں الیکٹرانوں کے ایس-ڈی بکھرنے کے بڑے امکان کی وجہ سے ہو سکتا ہے (جو اطلاق شدہ مقناطیسی میدان کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے)۔ خالص اثر (زیادہ تر مواد میں) یہ ہے کہ برقی مزاحمت کی زیادہ سے زیادہ قیمت ہوتی ہے جب کرنٹ کی سمت اطلاق شدہ مقناطیسی میدان کے متوازی ہوتی ہے۔ نئے مواد کے اے ایم آر کی تحقیقات کی جا رہی ہیں اور کچھ یورینیم (لیکن بصورت دیگر کافی روایتی) فیرومیگنیٹک مرکبات میں 50 فیصد تک کی شدت کا مشاہدہ کیا گیا ہے۔ بہت حال ہی میں، انتہائی اے ایم آر والے مواد کی شناخت غیر روایتی میکانزم جیسے دھاتی انسولیٹر کی منتقلی کے ذریعے کی گئی ہے جو مقناطیسی لمحات کو گھمانے سے شروع ہوتا ہے (جبکہ مقناطیسی لمحات کی کچھ سمتوں کے لیے، نظام نیم دھاتی ہوتا ہے، دوسری سمتوں کے لیے ایک خلا کھلتا ہے)۔ پولی کرسٹل لائن فیرومیگنیٹک مواد میں، اے ایم آر صرف مقناطیسیت اور موجودہ سمت کے درمیان کے زاویے پر انحصار کر سکتا ہے اور (جب تک کہ مواد کی مزاحمت کو رینک ٹو ٹینسر کے ذریعے بیان کیا جا سکتا ہے)، اسے اس کی پیروی کرنی چاہیے جہاں فلم کی (طول البلد) مزاحمت ہے اور بالترتیب اور کے لیے مزاحمت ہیں۔ طول البلد مزاحمت سے وابستہ، ٹرانسورسل مزاحمت بھی ہے جسے پلانر ہال اثر کہا جاتا ہے (کسی حد تک الجھن میں [1])۔ مونو کرسٹل میں، مزاحمت کا انحصار انفرادی طور پر بھی ہوتا ہے۔ غیر لکیری خصوصیات اور مقناطیسی میدان کی قطعیت کا پتہ لگانے میں ناکامی کی تلافی کے لیے، سینسرز کے لیے درج ذیل ڈھانچہ استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ ایلومینیم یا سونے کی دھاریوں پر مشتمل ہوتا ہے جو 45 ڈگری کے زاویے پر جھکی ہوئی پرمالائی کی پتلی فلم (اے ایم آر اثر کی نمائش کرنے والا ایک فیرومیگنیٹک مواد) پر رکھی جاتی ہے۔ یہ ڈھانچہ کرنٹ کو پتلی فلم کے "آسان محوروں" کے ساتھ نہ بہنے پر مجبور کرتا ہے، بلکہ 45° کے زاویے پر۔ مزاحمت کے انحصار میں اب ایک مستقل آفسیٹ ہے جو صفر نقطہ کے ارد گرد لکیری ہے۔ اس کی ظاہری شکل کی وجہ سے، اس سینسر کی قسم کو 'حجام قطب' کہا جاتا ہے۔ اے ایم آر اثر زمین کے مقناطیسی میدان (الیکٹرانک کمپاس) کی پیمائش کے لیے، برقی کرنٹ کی پیمائش کے لیے (کنڈکٹر کے ارد گرد پیدا ہونے والے مقناطیسی میدان کی پیمائش کے ذریعے)، ٹریفک کا پتہ لگانے کے لیے اور لکیری پوزیشن اور اینگل سینسنگ کے لیے سینسرز کی ایک وسیع صف میں استعمال ہوتا ہے۔ اے ایم آر سینسر کے سب سے بڑے مینوفیکچررز ہنی ویل، این ایکس پی سیمی کنڈکٹرز، ایس ٹی مائیکرو الیکٹرانکس، اور سینسیٹیک جی ایم بی ایچ ہیں۔ نظریاتی پہلوؤں کے طور پر، I. اے کیمبل، اے فرٹ، اور او جاول (سی ایف جے) نے ایس-ایس اور ایس-ڈی بکھرنے کے عمل کے ساتھ دو موجودہ ماڈل کا استعمال کرتے ہوئے نی پر مبنی مرکب دھاتوں کے لیے اے ایم آر تناسب کا اظہار اخذ کیا، جہاں ایس ایک ترسیل الیکٹران ہے اور ڈی اسپن مدار تعامل کے ساتھ 3 ڈی ریاستیں ہیں۔ اے ایم آر تناسب کا اظہار اس طرح کیا جاتا ہے جیسے اور، کہاں، اور یہ ایک اسپن آربٹ جوڑی مستقل (نام نہاد)، ایک ایکسچینج فیلڈ، اور بالترتیب اسپن کے لیے مزاحمت ہے۔ اس کے علاوہ، حال ہی میں، ستوشی کوکاڈو اور دیگر۔ سی ایف جے تھیوری کو مزید عمومی تک بڑھا کر 3 ڈی ٹرانزیشن-میٹل فیرومیگنیٹس کے لیے اے ایم آر تناسب کا عمومی اظہار حاصل کیا ہے۔ عام اظہار کا اطلاق نصف دھاتوں پر بھی کیا جا سکتا ہے۔ وشال مقناطیسی مزاحمت سرنگ مقناطیسی مزاحمت وسیع مقناطیسی مزاحمت غیر معمولی مقناطیسی مزاحمت مقناطیسی بے ترتیب رسائی میموری فوٹ نوٹ 1 بھی دیکھیں۔ (عام) ہال اثر مقناطیسی میدان کے الٹ جانے پر نشان کو تبدیل کرتا ہے اور یہ لورینٹز قوت کی وجہ سے ایک مداری اثر (گھومنے سے غیر متعلقہ) ہے۔ ٹرانسورسل اے ایم آر (پلانر ہال ایفیکٹ) علامت کو تبدیل نہیں کرتا ہے اور یہ گردش مدار کے تعامل کی وجہ سے ہوتا ہے۔ حوالہ جات مقناطیسی ترتیب دینے والے اسپنٹرونکس ویڈیو کلپس پر مشتمل مضامین