Гигантското магнитоустойчивост е
Гигантско магнитоустойчивост, гигантско магнитоустойчивост [един], HMS (англ. Гигантско магнитоустойчивост, GMR ) Наблюдава ли се квантово-механичният ефект при тънки метални филми, състоящи се от редуващи се феромагнитни и проводими немагнитни слоеве. Ефектът се състои в значителна промяна в електрическото съпротивление на такава структура, когато взаимната посока на намагнитване на съседните магнитни слоеве се промени. Посоката на намагнитване може да се контролира, например, чрез прилагане на външно магнитно поле. Ефектът се основава на разсейване на електрони, което зависи от посоката на спина. Физиците Алберт Фърт (Университет Париж-Юг XI) и Петер Грюнберг (Изследователски център Юлих) получиха Нобелова награда за физика през 2007 г. за откриването на гигантското магнитоустойчивост през 1988 г.
Основното поле на приложение на ефекта са сензорите на магнитното поле, използвани за четене на информация в твърди дискове, биосензори, MEMS устройства и др. Многослойни структури с гигантско магнитоустойчивост са използвани в магниторезистивната памет с произволен достъп като клетки, съхраняващи един бит информация.
В литературата терминът гигантско магнитоустойчивост понякога се бърка с колосално магнитоустойчивост (CMR) феро- и антиферомагнитни полупроводници [2] [3], които не са свързани с многослойна структура.
Съдържание
Математическа формулировка
Магнитоустойчивостта е зависимостта на електрическото съпротивление на пробата от величината на външното магнитно поле. Числено се характеризира със стойността
където е съпротивлението на пробата при липса на магнитно поле и е нейното съпротивление в магнитно поле със сила [4] [5]. На практика се използват и алтернативни форми на нотация, които се различават по знака на израза и използват електрическо съпротивление [1] [2]. Понякога се използва съотношението на изменението на съпротивлението към неговата стойност в нулево поле [6] .
Терминът "гигантско магнитоустойчивост" показва, че стойността за многослойните структури е много по-висока от анизотропното нежелание, обикновено не повече от няколко процента [7] [8] .
История на откритията
GMR ефектът е открит експериментално през 1988 г. от два изследователски екипа независимо един от друг: лабораториите на Алберт Ферт и Петер Грюнберг. Практическото значение на това откритие беше отбелязано с присъждането на Нобелова награда за физика на Фърт и Грюнберг през 2007 г. [9] .
Заден план
Първите математически модели, описващи влиянието на намагнитването на материалите върху подвижността на носителите на ток в тях поради наличието на спин, се появяват още през 1936 година. Експериментални доказателства за потенциала да засилят ефекта от зависимостта на съпротивлението от магнитното поле (т.е. увеличаване) са известни от 60-те години на миналия век. До края на 80-те години физиците добре са изследвали анизотропното магнитно съпротивление [10] [11], но степента на този ефект не надвишава няколко процента [7]. Практическото изучаване на методите за увеличение стана възможно с появата на методи като молекулярно-лъчева епитаксия, които позволяват производството на тънки многослойни филми с дебелина няколко нанометра [12] .
Експеримент и неговото обяснение
Фърт и Грюнберг изучават ефектите, свързани с електрическото съпротивление на структури, които включват феромагнитни и неферомагнитни материали. По-специално, Фърт изследва проводимостта на многослойни филми, а Грюнберг през 1986 г. открива антиферомагнитно обменно взаимодействие във филми Fe/Cr [12] .