GMR-Effekt
magneto-resistiver Effekt, vom Magnetfeld abhängiger Widerstand Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
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Der GMR-Effekt (englisch giant magnetoresistance; heutzutage auch integriert unter dem Begriff Spintronik[1][2]) oder Riesenmagnetowiderstand basiert auf einem magnetoresistiven Effekt und wird in Strukturen beobachtet, die aus sich abwechselnden magnetischen und nichtmagnetischen dünnen Schichten mit einigen Nanometern Schichtdicke bestehen. Der Effekt bewirkt, dass der elektrische Widerstand der Struktur von der gegenseitigen Orientierung der Magnetisierung der magnetischen Schichten abhängt, und zwar ist er bei Magnetisierung in entgegengesetzte Richtungen deutlich höher als bei Magnetisierung in die gleiche Richtung.
Angewendet wird er vor allem in magnetischen Festplatten.
Der Effekt wurde zuerst 1988 von Peter Grünberg vom Forschungszentrum Jülich und Albert Fert von der Universität Paris-Süd in voneinander unabhängiger Arbeit entdeckt, wofür sie 2007 gemeinsam mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurden.[3][4]
Beim GMR-Effekt handelt es sich um einen quantenmechanischen Effekt, der durch die Spinabhängigkeit der Streuung von Elektronen an Grenzflächen erklärt werden kann. Elektronen, die sich in einer der beiden ferromagnetischen Schichten gut ausbreiten können, weil ihr Spin günstig orientiert ist, werden in der zweiten ferromagnetischen Schicht stark gestreut, wenn diese entgegengesetzt magnetisiert ist; sie durchlaufen die zweite Schicht aber wesentlich leichter, wenn die Magnetisierung dieselbe Richtung wie in der ersten Schicht aufweist.
Werden zwei Schichten eines ferromagnetischen Materials durch eine dünne nichtmagnetische Schicht getrennt, so richten sich die Magnetisierungen bei bestimmten Dicken der Zwischenschicht in entgegengesetzten Richtungen aus. Schon kleine äußere magnetische Felder reichen aber aus, um diese antiferromagnetische Ordnung wieder in die ferromagnetische Ordnung umzuschalten.
In Verbindung mit dem GMR-Effekt bewirken Variationen des äußeren Magnetfeldes in geeigneten Strukturen daher große Änderungen des elektrischen Widerstandes der Struktur.
Die Möglichkeiten, den Effekt in einem Sensor für ein magnetisches Feld einzusetzen (und damit als einen neuen Typ von Lesekopf in einem Festplattenlaufwerk), wurden schnell durch ein von Stuart Parkin geleitetes IBM-Forschungsteam entdeckt, indem er zeigte, dass der Effekt auch in polykristallinen Schichten auftritt.
In der Anwendung des Effektes unterscheidet man heute folgende Fälle:
IBM stellte im Dezember 1997 die erste kommerzielle Festplatte (Produktname: Deskstar 16GP Titan) her, die den GMR-Effekt nutzte.[5][6] Stuart S. P. Parkin (damals IBM) wurde für seine Aktivitäten dafür mehrfach ausgezeichnet. Mittlerweile wurden GMR-Sensoren jedoch durch sog. TMR-Sensoren (Tunnel-Magnet-Widerstand)[7], die noch sensitiver sind, abgelöst.[8]
Die Nutzung des Effektes als Speichertechnologie (siehe MRAM) im Vergleich zu CMOS-Speichertechnologie ist eher gering und spezifisch je nach Applikation.[9] MRAM-Technologie befindet sich heute (Stand 2021) noch in Forschung und Entwicklung, z. B. durch IBM.[10][11]
Weitere Anwendungen sind z. B. neuartige Magnetfeldsensoren in Automobilen.[12]
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