Riesenmagnetwiderstand

Robin Klett
12.05.2010
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(1) Allgemeines & Historisches
(2) Der GMR-Effekt
 (2.1) Typen
 (2.2) Spin Valves
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(3) Ursachen des GMR-Effektes
(4) Kommerzielle Anwendung
(5) Zusammenfassung
(6) Literatur
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Magnetowiderstand: Änderung des el. Widerstands eines Leiters durch
äußeres Magnetfeld
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1857 durch William Thomson (Lord Kelvin) entdeckt
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AMR (Anisotroper Magnetoresistiver Effekt)
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Lediglich eine elektrische Widerstandsänderung von
~ 3-4%
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1988 entdecken Peter Grünberg & Albert Fert
unabhängig voneinander neuen magnetischen Effekt
Nobelpreis 2007
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GMR-Effekt(Giant MagnetoResistive effect)
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Schafft ∆R ~ 6-200% (je nach Temperatur & Material)
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Magnetische Schichtsysteme ( „Sandwiches“)
Schichtsysteme aus ferromagnetischen Metallen (FM) (layer)
Durch nicht-magnetische Metalle (NM) voneinander getrennt (spacer)
Auf Grund der Austauschanisotropie an dünnen Schichten richten sich
die Spins in den Sandwiches antiparallel aus
CIP & CPP kompatibel
Beispiele: Fe/Cr/Fe
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Granulare Legierungen
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Ausscheidungen (FM) werden in metallische Matrix (NM)
eingebettet
◦ Magnetisierungsrichtungen statistisch verteilt
Ausrichtung durch äußeres Feld
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Enthalten antiferromagnetische Lage
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halten Magnetisierung einer FM-Schicht fest (pinned)
◦ sensibler als herkömmliche Multilagen
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Erinnerung : Es gibt zwei Klassen von Elektronen
Spin-Up & Spin-Down
Bisherige Vorstellung der elektrischen Widerstandserhöhung:
Erwärmung Elektronen an Phononen gestreut
Oder an Defekten (Isolatorsequenzen, …)
Hier keine Temperaturänderung und keine Defekte!
Es muss ein weiteres (quantenmechanisches) Phänomen mit einbezogen
werden!
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Streuprozesse abhängig von Spin-Orientierung
Je größer die Streuung, desto größer der Widerstand
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Unterschiedliche Zustandsdichte der jeweiligen Spinorientierung in 3dOrbitalen der ferromagnetischen Übergangsmetalle
Unmagnetische Metalle besitzen ausgeglichene Zustandsdichte von spinup/spin-down Elektronen
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Automatisierungstechnik
Automobilindustrie
Sensorik
Informations- & Speichertechnologie
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Der GMR-Effekt beruht auf der Austauschkopplung der Elektronenspins an
dünnen Schichtsystemen (<mittlere freie Weglänge)
Unterschiedliche Spins führen zur Streuung erhöhter Widerstand
Gleichrichtung der Spins durch externes Magnetfeld
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(1) Tipler/Mosca – Physik, 2.Auflage, Spektrum Verlag
(2) Breckenfelder – „Spinabhängiges Tunneln an magnetisches Hetereostrukturen“,
18.12.2008, TU Berlin
(3) Forschungszentrum Jülich (http://www.fzjuelich.de/portal/forschung/highlights/gmr_effekt )
(4) www.pro-physik.de
(5) FZ- Jülich Sommerseminar - „Magnetische Strukturen“, 1.Auflage 2006, S.233279
(6) http://de.wikipedia.org/wiki/GMR-Effekt
(7) Ibach/Lüth – „Festkörperphysik“, S.230-234
Vielen Dank !