GMR-эффект

Опубликовано 19.07.2011 Ведущий Антон Панкратов

Свойство тонких металлических пленок изменять свое сопротивление под действием магнитного поля в очень больших пределах, так называемый GMR-эффект, от английского Giant magneto resistance было открыто Альбером Фертом и Петером Грюнбергом в 1988году. В основе эффекта лежит рассеяние электронов, зависящее от направления спина. Основная сфера применения эффекта — датчики магнитного поля, используемые для считывания информации в жёстких дисках, биосенсорах, устройствах МЭМС и др. Обладающие гигантским магнетосопротивлением многослойные структуры применялись в магниторезистивной оперативной памяти в качестве ячеек, хранящих один бит информации. В настоящий момент наиболее распространенное применение GMR-эффекта в промышленности заключается в использовании сенсоров на спиновых клапанах. Типичный сенсор, использующий эффект ГМС, состоит из семи слоёв:
1)Кремниевая подложка, 2)Связующий слой, 3)Сенсорный (нефиксированный, движимый) слой, 4) Немагнитный слой, 5)Фиксирующий (пиннинговый) слой, 6) Антиферромагнитный (фиксированный) слой и 7)Защитный слой. В качестве связующего и защитного слоёв часто используют тантал, а немагнитной прослойкой служит медь. В сенсорном слое намагниченность может свободно ориентироваться внешним магнитным полем. Он изготавливается из соединения NiFe или кобальтовых сплавов. Антиферромагнитный слой изготавливается из плёнок FeMn или NiMn. Направление намагниченности в нем определяется фиксирующим слоем из магнитожёсткого материала, например, кобальта. Такой сенсор характеризуется асимметричной петлей гистерезиса, что связано с наличием магнитожёсткого слоя, фиксирующего направление намагниченности в рабочем диапазоне полей. Современные варианты спиновых клапанов изготовляться с применением нано технологий. Нано структурные спиновые клапана наряду с функцией датчиков магнитного поля используются в разработке спин-инжекционных мазеров, нового типа твердотельных мазеров перестраиваемых по частоте магнитным полем и работающих в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах частот.