In acest sens Tehnologia GMR poate fi considerata si ca o aplicatie majora a nanotehnologiilor in diverse domenii de aplicare.
Rezistenta si magnetizarea
Rezistenta si magnetizarea
In metalele conductoare , electricitatea reprezinta transportul electronilor care se misca liber prin material . Curentul trece prin conductoare datorita miscarii electronilor pe o directie data , cu cat directia electronilor este mai dreapta cu atat conductanta materialului este mai ridicata . REzistenta electrica apare atunci cand electronii diverg de pe drumurile lor drepte si se imprastie pe iregularitatile si impuritatile de material . Cu cat gradul de imprastiere este mai ridicat cu atat rezistenta este mai ridicata.
Intr-un material magnetic imprastierea electronilor este influentata si de directiile de magnetizare.
Rezistenta si magnetizarea
Rezistenta si magnetizarea
In fenomenul de GMR exista o foarte stransa legatura intre magnetizare si reistenta datorita rotatiei intrinseci a electronului care induce un moment magnetic intrinsec – moment cuantum mecanic de spin – orientat intr-una sau doua directii opuse .
Intr-un material magnetic majoritatea spinului este orientat in aceeasi directie ( paralel cu aceeasi directie) . Un numar mic de spini sunt orientati in directii opuse , antiparalel cu magnetizarea generala. Acest neechilibru este datorat diferitilor spini sa fie imprastiati la un unghi mai mic sau mai mare datorita neregularitatilor sau impuritatilor din materialul magnetic considerat , mai ales la interfata dintre materialele considerate la jonctiune. Proprietatile materialului determina care electroni vor fi cel mai mult imprastiati . Sau gradul de imprastiere a electronilor depinde de proprietatile materialului.
Intr-un conductor magnetizat directia spinului pentru majoritatea electronilor este paralel cu magnetizarea ( reprezentata cu rosu in figura)
Intr-un conductor magnetizat directia spinului pentru majoritatea electronilor este paralel cu magnetizarea ( reprezentata cu rosu in figura)
Putini electroni au spinul orientat in sens opus ( cei in alb)
In acest exemplu electronii cu spinul antiparalel sunt mai imprastiati.
Giant Magnetoresistance – GMR
In exemplul urmator se va prezenta un sistem simplu de GMR .care consta dintr-un strat de tip sandwich format dintr-un strat metalic non-magnetic plasat intre doua straturi metalice magnetice , asa ca in figura .
In interiorul materialului magnetic in special la interfata dintre materialele magnetice si non-magnetice electronii cu spini orientati diferit se supun unui fenomen de imprastiere diferit (1) .Aici vom considera cazul cand electronii se imprastie mai tare cand au spinul antiparalel cu directia de magnetizare . Aceasta inseamna ca rezistenta va fi mai mare pentru acesti electroni decat pentru acei electroni care au spinul paralel cu directia de magnetizare.
In continuare cand electronii intra in regiunea cu material nemagnetizat , ei vor fi imprastiati toti in aceeasi directie ( 2) .
La cea de-a doua interfata , in materialul magnetizat, electronii cu spinul antiparalel se vor magnetiza din nou mai mult decat electronii cu spinul paralel (3)
Giant Magnetoresistance – GMR
Giant Magnetoresistance – GMR
In acest caz , cand amandoua straturile sunt magnetizate in aceeasi directie , majoritatea electronilor vor avea spinul paralel si se vor misca usor in interiorul structurii astfel formate.
Rezistenta totala va fi astfel scazuta in cazul A din figura urmatoare.
In consecinta daca magnetizarea a doua straturi este opusa , toti electronii vor fi in starea de spin antiparalel intr-unul din cele doua straturi.Deci nici un electron nu se va putea misca usor intr-un astfel de sistem si deci rezistenta sistemului va fi mare ( cazul B)
Acum sa ne imaginam modul de utilizare a unei astfel de structuri la un cap de citire a hard-discului : Cand magnetizarea stratului (1) este fixa , iar magnetizarea stratului (3) este mobila ( libera sa se miste) , astfel incat sa fie influentata variatia campului magnetic pe hard-disk. Magnetizarea celor doua straturi magnetice va fi alternativa in capul de citire al hard-discului : paralela si antiparalela. Aceasta va determina o variatie a rezistentei si a curentului , prin intermediul capului de citire. Daca curentul va fi un semnal ce paraseste capul de citire , un curent mai mare poate sa semnifice un semnal binar 1 iar un curent scazut poate semnifica zero.
Pe la mijlocul anilor 1980 oamenii de stiinta au realizat posibilitatile pe le ofera studiile efectuatre in camp magnetic asupra straturilor de diemnsiuni nanometrice.
Albert Fert si colectivul sau au creat in jur de 30 de astfel de straturi de Fier-Crom , straturi compuse doar din cateva straturi de atomi . Pentru a avea succes au trebuit sa lucreze in apropierea regiunii de vacuum si sa lucreze la presiuni scazute ale Fierului si cromiului . Intr-o astfel de situatie atomii se ataseaa la suprafata , strat dupa strat , permit astfel construirea stratului
