kjempemagnetoresistans

Kjempemagnetoresistans ble oppdaget i 1988 av to uavhengige grupper ledet av Albert Fert og Peter Andreas Grünberg i henholdsvis Frankrike og Tyskland. De studerte elektrisk resistans i lagdelte strukturer av magnetiske og normale materialer kalt spinnventiler (se figur nedenfor), spesielt jern (Fe) og krom (Cr). For oppdagelsen av kjempemagnetoresistans ble Fert og Grünberg tildelt Nobelprisen i fysikk i 2007, i stor grad på grunn av effektens viktighet for utviklingen av moderne harddisk-teknologi i datamaskiner.

Opphavet til kjempemagnetoresistans er kvantemekanisk, i motsetning til vanlig (klassisk) magnetoresistans. Mer spesifikt kommer effekten av at elektroner i lagdelte strukturer blir spredt på en måte som avhenger av spinnet til elektronene. Spredningen skjer både ved grenseskiktene mellom de magnetiske og normale metallene og i det indre av de magnetiske materialene.

I båndstrukturen til et ferromagnetisk materiale finnes det flere tilgjengelige tilstander for en spinn-type (kalt majoritets-spinn) enn for den andre spinn-typen (kalt minoritets-spinn). Siden det finnes flere tilstander tilgjengelige for majoritets-spinn, er det enklere for elektroner med den spinn-retningen å bli spredt. Dette forårsaker en høyere elektrisk resistans.

På grunn av dette vil den elektriske resistansen til en trelags-struktur ferromagnet/normalt metall/ferromagnet, kalt spinnventil, være avhengig av den relative magnetiske orienteringen til de magnetiske lagene. Dette vises i figuren til høyre. Når magnetiseringene (lyseblå piler) peker i samme retning (parallell konfigurasjon) er den elektriske resistansen til strukturen betydelig mindre enn når magnetiseringene peker i motsatt retning (antiparallell konfigurasjon). Dette fenomenet kan forstås utfra den spinn-avhengige spredningen som er beskrevet ovenfor. Når trelags-strukturen er i den parallelle konfigurasjonen, vil majoritets-spinn erfare høy motstand i de magnetiske lagene mens minoritets-spinn erfarer lav motstand. I den antiparallelle konfigurasjonen vil begge spinn typene erfare høy motstand i hvert sitt magnetiske lag. På denne måten kan en slik lagdelt struktur representere en bit med informasjon, for eksempel på følgende vis:

• Høy elektrisk strøm (lav motstand) tilsvarer en tilstand «På» (tallet 1)
• Lav elektrisk strøm (høy motstand) tilsvarer en tilstand «Av» (tallet 0)

• Magnetoresistans
• Spinnelektronikk

• M. N. Baibich et al. Giant magnetoresistance of (001)Fe/(001)Cr magnetic superlattices. Phys. Rev. Lett. 61, 2472 (1988).
• G. Binasch et al. Enhanced magnetoresistance in layered magnetic structures with antiferromagnetic interlayer exchange. Phys. Rev. B 39, 4828 (1989).