Kjempemagnetoresistans, av "giant magnetoresistance" på engelsk, er en magnetoresistanseffekt av kvantemekanisk opprinnelse. Den ble opprinnelig eksperimentelt påvist av Albert Fert og Peter Andreas Grünberg i lagdelte strukturer bestående av to ferromagnetiske materialer separert av et normalt metall på slutten av 1980-tallet. 

Kjempemagnetoresistans ble i 1988 oppdaget 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.

Kjempemagnetoresistans fremvises typisk i en spinnventil struktur bestående av to ferromagnetiske materialer adskilt av et normalt metall. De magnetiske materialene har magnetiseringer som kan peke i samme eller motsatt retning. Den elektriske motstanden til hele strukturen er enten høy eller lav, avhengig av retningen til magnetiseringene.

Illustrasjon av kjempemagnetoresistans. av Jacob Linder. CC BY SA 3.0

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)

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.