La magnetoresistència gegant i el naixement de la spintrònica (Fert i Grünberg, Premi Nobel de Física-2007)

Física quàntica: La magnetoresistència consisteix en les variacions de la resistivitat elèctrica d'un mateix material induïdes per un camp magnètic extern. Fou descrita originàriament per William Thomson (lord Kelvin), el 1856, quan observà disminucions en la resistència elèctrica de fins a un 5% quan s'exposava determinats conductors a un camp magnètic. Aquesta magnetoresistència ordinària, explicada per la física clàssica, s'ha vist complementada amb la magnetoresistència quàntica que presenten alguns materials. Entre els fenomens de magnetoresistència quàntica hi ha la magnetoresistència gegant, la magnetoresistència colossal i l'efecte túnel magnètic. El primer d'aquests fenòmens fou descobert independentment per Albert Fert i Peter Grünberg. Avui s'ha sabut que els dos rebran el Premi Nobel de Física d'enguany per aquesta descoberta.

[@more@]

Albert Fert

Albert Fert (*Carcassona, 7.3.1938) es va formar a París, on es doctorà el 1970 a la Universitat Paris-Sud d'Orsay. Des d'aquella època és professor i investigador d'aquesta universitat, i director científic de la unitat mixta de física CNRS/Thales. En les darreres dues dècades ha fet importants contribucions en el camp de la spintrònica, l'aplicació tecnològica de les modificacions d'spin electrònic.

Peter Grünberg

Peter Grünberg (*Pilsen, 18.5.1939) és fill d'una família alemanya de Bohèmia que, després de la guerra, va haver de traslladar-se a Lauterbach (Hesse). Graduat a la Universitat Goethe de Frankfurt (1962), es va doctorar a la Universitat de Tecnologia de Darmstadt (1969). Ha fet la seva carrera a l'Institut de Física de l'Estat Sòlid del Centre de Recerca de Jülich, d'on es va retirar el 2004. Ha treballat fonamentalment en el camp de magnetisme de pel·lícules fines i de multicapes.

La descoberta de la magnetoresistència gegant

El treball de Grünberg en estructures laminars fines el va dur a dissenyar el 1986 estructures multilaminars on se succeïen làmines metàl·liques ferromagnètiques (de ferro) i no-magnètiques (de crom). Aquestes estructures presenten una determinada resistivitat en condicions basals, la qual es redueix considerablement si se les sotmet a un camp magnètic. Perquè el fenomen es manifesti la magnetització de les capes ferromagnètiques ha d'anar en sentit invers (antiparal·lel). La base del fenomen és un acoblament feble anti-ferromagnètic. És l'arrenglerament paral·lel o antiparal·lel dels electrons del metall no-magnètic el que permet l'augment de conductivitat elèctrica del material.

Gràfic que mostra la relació entre el flux magnètic, mesurat en Gauss, i els valors de resistència relativa de diferents capes alternes de ferro i de crom. Fert va demostra el 1988 que es podien aconseguir magnetoresistències (o, potser més ben dit, magnetoconductàncies) de fins a un 80%. Fert era conscient que aquestes xifres són molt per damunt de la magnetoresistència clàssica o ordinària (que amb prou feines arriba a un 5%), i va recòrrer a reorientacions o polaritzacions de spin electrònic per explicar el fenomen

Mentre Grünberg va registrar la patent per les tricapes de ferro-crom-ferro, el grup del carcassonenc Fert treballava en multicapes alternes de ferro i de crom. Fert fou el primer a explicar el fenomen a la llum de la física quàntica. En qualsevol cas, amb la descoberta de la magnetoresistència gegant, neixia la spintrònica, una nova fase en el desenvolupament de l'electrònica.

Esquema de la vàlvula de spin. La vàlvula aconsegueix una conductància màxima quan les dues capes queden magnèticament arrenglerades. En aquest dispositiu, únicament una de les dues làmines conductores canvia d'orientació com a conseqüència del camp magnètic exterior

Les aplicacions de la magnetoresistència gegant

L'espintrònica o magnetoelectrònica aprofita els estats quàntics de spin (-1/2 o +1/2) dels electrons per comptes d'utilitzar-ne únicament la càrrega elèctrica. La base de l'espintrònica és la generació de corrents d'electrons spin-polaritzats (electrons que comparteixen un mateix número de spin).

Les aplicacions de la magnetoresistència gegant s'han centrat en la construcció dels moderns capçals de lectura dels discs durs, i de la memòria no-volàtil MRAM (que s'ha començat a comercialitzar fa uns pocs mesos). Tot plegat serà fonamental per passar a dispositius de memòria que es comptin per terabytes per comptes de gigabytes.

Esquema d'un dispositiu MRAM (a dalt). La vàlvula de spin regula el corrent elèctric que passa pel sistema. Les primeres MRAM comercialitzables van sortir al mercat l'any passat (a sota)

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada