Suuri magnetoresistanssi

Suuri magnetoresistanssi (GMR) on ilmiö, joka perustuu eri suuntiin magnetoitujen ferromagneettisten metallien ja ei-ferromagneettisten metallien kerrosten vuorotteluun. Ilmiössä hyödynnetään elektronien spin-ominaisuutta.

Spiniltään magneettisen johtimen magneettikentän kanssa yhdensuuntaiset elektronit siroavat eri tavalla kuin elektronit, joiden spin on vastakkainen. Kumman tyyppiset elektronit siroavat enemmän, riippuu johteen materiaalista. Suuressa magnetoresistanssissa hyödynnetään ohuita eri suuntaan magnetoituja ferromagneettisia kerroksia, joiden väleissä on ei-ferromagneettisia metallikerroksia. Rakenne on yksinkertaisimmillaan kaksi vastakkaisiin suuntiin magnetoitua ferromagneettista kerrosta (1,3), joiden välissä on ei-ferromagneettinen kerros (2). Rakenteen ainutlaatuisuus perustuu siihen, että spiniltään tietyn tyyppiset elektronit siroavat ensimmäisessä (1) ja toisen tyyppiset kolmannessa (3) kerroksessa. Näin ollen resistanssi kasvaa hyvin suureksi. Tämän ilmiön Albert Fert huomasi työryhmänsä kanssa 1988. Saman ilmiön havaitsi Peter Grünberg oman työryhmänsä kanssa samoihin aikoihin Fertin työryhmästä riippumatta. Kummatkin käyttivät ferromagneettisena metallina (1,3) rautaa ja ei-ferromagneettisena metallina (2) kromia. Albert Fertin työryhmän havaitsema rakenteen tuottama resistanssin kasvu oli voimakkaampi (n. 50 %), sillä he käyttivät useampia kerroksia kuin Peter Grünbergin työryhmä (n. 10 %). Molempien töiden fysikaalinen perusta oli kuitenkin sama. Sekä Fert että Grünberg saivat tutkimuksistaan Nobelin fysiikanpalkinnon 2007.

Suuri magnetoresistanssi on mahdollistanut muun muassa kiintolevyjen fyysisen koon pienentämisen. Ilmiötä hyödynnetään kovalevyjen lukupäissä: Osa ferromagneettisista kerroksista on pysyvästi tietynsuuntaisesti magnetoituja. Joidenkin kerrosten magnetoitumissuuntaa kovalevyn magneettisuus kuitenkin muuttaa ja silloin myös lukupään läpi kulkevan sähkövirran resistanssi muuttuu. Informaatio luetaan siis resistanssin vaihtelun perusteella.

Lähteet

• The Nobel Prize in Physics 2007 (PDF) nobelprize.org. The Nobel Foundation. Viitattu 12.10.2007. (englanniksi)