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Der GMR Effekt

Auf Datenträgern wie Festplatten werden Informationen als unterschiedlich magnetisierte Bereiche gespeichert. Je enger diese zusammen liegen, desto größer die Speicherkapazität. Desto schwieriger ist es aber auch diese zuverlässig auszulesen. Empfindliche Sensoren werden benötigt — genau dies ermöglicht der Riesenmagnetowiderstandseffekt (oder GMR-Effekt nach dem englischen giant magneto resistance).

In den achtziger Jahren entdeckte Peter Grünberg am Forschungszentrum Jülich den GMR-Effekt in magnetischen Sandwiches. Zwischen zwei Lagen aus magnetischem Eisen wird eine Schicht unmagnetisches Chrom gelegt. Ist das Chrom nur wenige Atomlagen dick, sind die magnetischen Ausrichtungen des Eisens miteinander gekoppelt, obwohl die Schichten durchgehend getrennt sind.

Prof. Peter GrünbergCopyright: Forschungszentrum Jülich

Ursache ist ein quantenmechanischer Resonanzeffekt, der es je nach Chromdicke erlaubt, dass die Ausrichtungen parallel, antiparallel oder senkrecht zueinander stehen. Zwei Tatsachen machen nun diese Schichtstruktur interessant: Der elektrischen Widerstand ist bei antiparalleler Ausrichtung sehr viel höher als bei paralleler, da an der Grenzfläche viele Elektronen, die aufgrund ihres Spins auch magnetisch sind, gebremst werden. Und die antiparallele Ausrichtung lässt sich sehr leicht durch ein äußeres Magnetfeld in die parallele überführen.

Eine kleine magnetische Ursache hat also eine große elektrische Wirkung – eben dies sollte ein empfindlicher Sensor können. Im Lesekopf einer Festplatte erkennt ein GMR-Sensor zuverlässig die magnetisierten Bereiche und wandelt diese Information in Spannungs-Pulse um.


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