Gigantyczny magnetoopór
Ten artykuł od 2018-03 wymaga zweryfikowania podanych informacji. |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0c/Orbital.svg/220px-Orbital.svg.png)
Gigantyczny magnetoopór (gigantyczna magnetorezystancja, GMR z ang. Giant MagnetoResistance) – zjawisko kwantowomechaniczne polegające na powstawaniu bardzo dużego (olbrzymiego) magnetooporu na cienkich warstwach wielokrotnych (F/NF/F)xN (N-liczba powtórzeń dwuwarstwy, F-ferromagnetyk, NF-diamagnetyk), odkryte przez grupę badawczą Baibicha w 1988 r. Wraz z odkryciem tego zjawiska rozpoczęła się era elektroniki spinowej (spintroniki).
Zjawisko to jest wykorzystywane w głowicach odczytu twardych dysków i magnetycznych pamięciach MRAM. Pierwszy raz zostało zastosowane w urządzeniu komercyjnym przez IBM w 1997 roku.
Za niezależne odkrycie efektu GMR Francuz Albert Fert i Niemiec Peter Grünberg otrzymali w 2007 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Opis efektu
Efekt GMR jest związany z różnym prawdopodobieństwem rozproszenia elektronów ze spinem ↑ i tych ze spinem ↓, co związane jest z różną gęstością stanów elektronowych D na poziomie energii Fermiego, czyli poziomu, w pobliżu którego znajdują się stany kwantowe, do których mogą zgodnie z zakazem Pauliego zostać rozproszone elektrony.
Gęstość stanów ze spinem ↑ na poziomie Fermiego jest z reguły mniejsza, niż dla elektronów ze spinem antyrównoległym, tzn. D↑(EF)<D↓(EF), a stąd i opór jest mniejszy ρ↑<ρ↓. Pomijając rozpraszanie elektronów ze zmianą spinów, możemy traktować rozpraszanie elektronów ze spinem ↑ i ↓ niezależnie (patrz Rysunek 1).
Dla równoległej konfiguracji kierunków namagnesowania w warstwach ferromagnetycznych (↑↑) prawdopodobieństwo rozpraszania dla elektronów ze spinem ↑ i ↓ są różne. Elektron ze spinem ↑ jest słabo rozpraszany zarówno na pierwszej, jak i drugiej warstwie, natomiast elektron ze spinem ↓ jest silnie rozpraszany na obu warstwach.
Modelowo układ ten można przedstawić jako zespół oporników połączonych równolegle, co przedstawiono na rysunku 2. Całkowity opór takiego układu jest zdeterminowany przez opór elektronu ze spinem ↑, czyli jest mały. Dla konfiguracji antyrównoległej (↑↓) prawdopodobieństwo rozpraszania elektronów dla obu spinów jest równe. Elektron ze spinem ↓ jest silnie rozpraszany na pierwszej warstwie i słabo rozpraszany na drugiej, natomiast elektron ze spinem ↑ jest rozpraszany odwrotnie. Każdy kanał może być reprezentowany przez jeden mały i jeden duży opornik. W rezultacie całkowity opór dla konfiguracji antyrównoległej jest większy niż dla konfiguracji równoległej. Reasumując, jeśli zewnętrznym polem magnetycznym wywołamy zmianę względnych kierunków namagnesowania przechodząc od konfiguracji ↑↓ do konfiguracji ↑↑ to zaobserwujemy efekt zmniejszenia oporu, czyli zjawisko GMR.
Warunkiem koniecznym na wystąpienie zjawiska GMR w układzie warstwowym typu F/NF/F jest zmiana pod wpływem pola magnetycznego kąta φ między kierunkami namagnesowania subwarstw ferromagnetycznych, co powoduje zmianę oporu układu według poniższego wzoru:
- gdzie:
- R0 – wartość oporu dla φ=0°
- ΔR – zmiana oporu dla φ=180°.
- gdzie:
Następnym warunkiem jest to, aby elektron oddziaływał z oboma warstwami ferromagnetycznymi, dlatego grubość subwarstw musi być mniejsza niż średnia droga swobodna elektronu (mfp).
Efekt GMR można zaobserwować nie tylko w wielowarstwach, ale także w zaworach spinowych i pseudozaworach spinowych.
Media użyte na tej stronie
Autor: Autor nie został podany w rozpoznawalny automatycznie sposób. Założono, że to Guillom (w oparciu o szablon praw autorskich)., Licencja: CC-BY-SA-3.0
((fr)) Schéma illustrant les résultats de l'équipe d'A. Fert en 1988 à Orsay. Cette expérience a mené à la découverte de la magnétorésistance géante. Attention ! Ce schéma n'est pas une copie des résultats scientifiques originaux, il ne s'agit que d'un schéma approximatif destiné à l'illustration du phénomène. ((en)) Diagram showing results from A. Fert's team in Orsay in 1988. This experiment led to the discovery of giant magnetoresistance effect.
Warning ! This diagram is not a copy of original scientific results, it is only a diagram aiming at illustrating the effect.Autor: Autor nie został podany w rozpoznawalny automatycznie sposób. Założono, że to Guillom (w oparciu o szablon praw autorskich)., Licencja: CC-BY-SA-3.0
(fr) Modèle électrique de la magnétorésistance géante, effet "vanne de spin" ou spin valve. FM = ferromagnétique, NM = non magnétique (en) Resistor model of spin-valve giant magnetoresistance effect. FM = ferromagnetic, NM = non-magnetic (es) Modelo eléctrico de una válvula de espín, magnetorresistencia gigante.
FM = ferromagnético, NM = no magnéticoAutor: Wersję rastrową wykonał użytkownik polskiego projektu wikipedii: Lania&Andzik, Zwektoryzował: Krzysztof Zajączkowski, Licencja: CC-BY-SA-3.0
Gestosc stanow na poziomie energii Fermiego dla orbitalu d z rozszczepieniem dla elektronow ze spinem do gory i w dol