Riesenmagnetowiderstand

Der Riesenmagnetowiderstandseffekt (Giant Magnetoresistance - GMR) ist ein Ergebnis der Grundlagenforschung. 1988 wurde er - unabhängig voneinander von Peter Grünberg am Forschungszentrum Jülich und von Albert Fert von der Universität Paris-Süd entdeckt. Der GMR ermöglicht das präzise Auslesen von Daten, was der Gigabyte-Festplatte den Weg bahnte. Neun von zehn Festplatten nutzen heute den GMR-Effekt, zudem hat er etwa in MP3-Playern weltweit Verbreitung gefunden. Die Entdeckung revolutionierte nicht nur die Festplattentechnik und Unterhaltungselektronik. GMR-Schichtpakete kommen auch im ABS-Bremssystem und künftig beim Auslesen von Biochips zum Einsatz.

Die revolutionäre Entdeckung bezieht sich auf das Verhalten von Magnetfeldern in mikroskopischen Sandwichen: Das metallische Sandwich muss dazu aus mindestens drei Stockwerken bestehen: zwei magnetischen Schichten, die von einer sehr dünnen nichtmagnetischen Schicht getrennt sind, etwa ein Eisen-Chrom-Eisen-Stapel. Die magnetischen Momente beider Eisenschichten kommunizieren miteinander. Sie richten sich parallel, senkrecht oder antiparallel aus. Der Riesenmagnetwiderstand entsteht, wenn die magnetischen Momente in dem mikroskopischen Sandwich umklappen. Dabei ändert sich der elektrische Widerstand.

Ursache für den Effekt ist eine magnetische Eigenschaft der Elektronen, die mit den Metallschichten abwechselnd wirkt. Der Eigendrehimpuls der Elektronen, der so genannte Spin, verleiht ihnen ein magnetisches Moment, das wie der Spin zwei Richtungen haben kann. Je nach Magnetisierungsrichtung der metallischen Sandwich-Schichten können Elektronen mit einer der beiden Spin-Richtungen besser passieren, während die anderen stark gestreut und damit behindert werden. Sind die verschiedenen Sandwich-Schichten einander entgegengesetzt magnetisiert, werden jedoch Elektronen beider Spin-Richtungen stark behindert. Der elektrische Widerstand ändert sich um bis zur Hälfte, weshalb der Effekt Riesenmagnetowiderstand getauft wurde.

Die Wechselwirkung zwischen Leiter-Magnetisierung und Elektronen-Spin hat eine neue Disziplin begründet, die so genannte Spintronik, eine Form der Elektronik, die auch die Information über den Elektronen-Spin ausnutzen will. (sams)