Magnetoresistencia gigante

La resistencia magnética gigante o magneto resistencia gigante es un fenómeno de naturaleza mecánico cuántica que surge por efecto de la interacción del campo magnético de un material magnetizado y el momento magnético interno (espín) del electrón y se observa cuando se juntan películas muy delgadas de material ferromagnético y no magnético dispuestas en forma alternada. Un material ferromagnético se caracteriza porque todos los momentos magnéticos o espínes presentes en el material se pueden orientar en una misma dirección y sentido dando lugar a un ordenamiento magnético.

La resistencia eléctrica aparece por efecto de los choques que sufren los electrones con las irregularidades e impurezas presentes en las redes cristalinas que conforman la estructura microscópica de los sólidos. Cuando el número de choques aumenta los electrones son más desviados de su trayectoria y la resistencia aumenta. En el caso de un material magnético la resistencia es afectada por la dirección del campo magnético presente debido a la magnetización del material. La resistencia magnética gigante se origina debido a la orientación relativa del espín del electrón con el campo magnético, es decir si este es paralelo o antiparalelo al campo magnético.

Dispositivo de tres capas.

Un sistema muy simple donde se puede observar este efecto se obtiene uniendo dos placas de material ferromagnético (indicadas con FM en la figura) y colocando entre ambas una placa de material no magnético (NM). En el interior de esta estructura tipo sándwich los electrones son dispersados en forma diferente dependiendo de la orientación de su espín con respecto al campo magnético en cada placa. Es decir que si las dos placas están magnetizadas en la misma dirección (figura a), aquellos electrones que posean su espín paralelo al campo de las placas pasarán en su mayoría sin ser prácticamente desviados (en color rojo en la figura) y esto dará lugar a una resistencia muy baja. En cambio si las placas están magnetizadas en direcciones opuestas (figura b) todos los electrones se encontrarán en alguna de las placas con sus espines opuestos al campo de modo que esto producirá una resistencia eléctrica elevada. El primer prototipo de esta clase fue desarrollado por medio de capas monocristalinas por Albert Fert y Peter Grunberg, quienes descubrieron el fenómeno en forma independiente en 1988 recibiendo el premio Nóbel de Física en 2007 [1] y se conoce como modelo epitaxial. En el disco duro de una computadora se almacena la información en áreas de tamaño microscópico, magnetizadas en diferentes direcciones. La cabeza lectora extrae la información al escanear el disco duro de la computadora y registrar los cambios en la magnetización, de modo que cuando más pequeño sea el disco, más pequeñas y débiles serán las áreas magnéticas y por lo tanto requeriran cabezas lectoras más sensibles. Rápidamente se reconoció que el fenómeno descubierto por Fert y Grunberg podría ser empleado para aumentar la sensibilidad de la cabeza lectora del disco duro de una computadora, donde la magnetización de una placa puede ser fija y la otra variable de modo de controlar el paso de la corriente por el dispositivo al variar la resistencia. Como el modelo epitaxial era muy costoso para ser producido en forma industrial en 1989 se comenzó a estudiar el empleo de capas multicristalinas. En el año 1997 estos dispositivos se pudieron producir empleando una tecnología mucho más económica denominada spputering que es la que se usa actualmente para fabricar discos duros en forma estándar. Esta técnica ha permitido no solo generar discos de computadora de gran capacacidad de almacenamiento de información y tamaño reducido sino también otros dispositivos tales como teléfonos celulares, cámaras digitales o reproductores de música de muy pequeñas dimensiones y menor costo. Este es un claro ejemplo de investigación básica en física cuántica que en un plazo de sólo 10 años dió lugar a una aplicación tecnológica de gran impacto y difusión.