óriás mágneses ellenállás
(giant magnetoresistance, GMR, spinszelep)

A mágneses anyagokban az elektromos ellenállás függ az anyag mágnesezettségétől.
A jelenség fizikailag az atomok spinjeinek viselkedésével magyarázható.
A ferromágneses anyagban a felfelé és a lefelé álló spinű elektronállapotok eltérő számától függően, az elektromos ellenállás is jelentősen eltér a kétféle spinállapotú elektronra. A mágnesezettség irányával azonos irányú spin esetén az elektromos ellenállás minimális, ellentétes irányú esetén maximális.

A GMR-szerkezetben a mért elektromos ellenállás a két ferromágneses réteg mágnesezettségének iránya közti különbségtől függ.
Ha a réteg széléhez kapcsolt elektródán beérkező elektronok spinje polarizálatlan, akkor két eset lehetséges:
- ha a két ferromágneses rétegben a mágnesezettség iránya azonos, akkor a mágnesezettségével azonos spinirányú elektronok (a beérkező elektronok fele) könnyen, szinte szóródás nélkül átjut a két rétegen, az elektromos ellenállás minimális.
- ha ferromágneses rétegek ellentétes mágnesezettségűek, a spinbeállástól függetlenül, az egyik rétegben az elektronok szóródása erősebb lesz, és így megnő az elektromos ellenállás.
Ez a GMR-hatás fizikai alapja.

A GMR-szerkezet, egy háromrétegű, 30 nm nagyságrendű spinszelep.
FM = ferromágnes
NM = antiferromágnes
Az oldalsó nyilak a spin beállást mutatják
Az FM rétegben lévő nyilak a mágnesezettség irányát jelzik.

Az elektromos ellenállás jóval nagyobb két ellentétes mágnesezettség irányú FM réteg esetén (az elektronok nagyobb mértékű szóródása miatt), a két azonos mágnesezettség irányú FM réteghez viszonyítva. (Ezt az alsó ábrák elektromos ellenállásai szemléltetik.)

A jelenséget Albert Fert francia és Peter Grünberg német fizikus fedezte fel egymástól függetlenül 1988-ban és ezért 2007-ben fizikai Nobel-díjat kaptak megosztva.

2003 óta a számítógépek merevlemezeinek olvasófejében ezt az elvet alkalmazzák. A lemez mágnesezettsége a spinszelep elektromos ellenállását, és ezzel az áthaladó feszültséget változtatja meg.
Különböző mágneses érzékelőknél is alkalmazzák.

Felhasznált irodalom