kjempemagnetoresistans

Kjempemagnetoresistans er en kvantemekanisk effekt. Effekten går ut på at den elektriske motstanden til en lagdelt magnetisk struktur er sterkt avhengig av magnetiseringsretningen i de ulike lagene. Effekten har vært sentral for utviklingen av harddisk-teknologi.

Faktaboks

Etymologi
av engelsk giant magnetoresistance
Også kjent som

GMR

Historikk

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.

Fysisk opphav

Kjempemagnetoresistans fremvises typisk i en spinnventilstruktur 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 . 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)

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg