Nobelpreis für Physik
GMR - Revolution in der Speichertechnik

Die Forschungen der Nobelpreisträger Peter Grünberg und Albert Fert markieren einen Durchbruch in der Festplattentechnik. Sie ermöglichten den Bau von Leseköpfen für Festplatten, die selbst kleinste Bereiche noch erfassen.

HB HAMBURG. Der Riesenmagnetowiderstand (GMR), ohne den heute keine Festplatte mehr funktioniert, ist ein Ergebnis der Grundlagenforschung. Der Effekt behindert den Fluss der Elektronen durch ein Metall-Sandwich, und der Computerkonzern IBM vergleicht ihn mit Baustellen, Unfällen und gesperrten Fahrspuren, die den Verkehr auf einer Autobahn bremsen.

IBM baute die Technik 1997 als erster Hersteller in seine Festplattenlaufwerke ein. Sie ermöglicht Leseköpfe für Festplattern, die auch kleinste Bereiche noch erfassen. 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.

Ursache für den Effekt ist eine magnetische Eigenschaft der Elektronen, die mit den Metallschichten wechselwirkt. 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. Trotz der trennenden Schicht beeinflussen sich die magnetischen Sandwich-Schichten gegenseitig, und ihre Magnetisierungen richten sich aneinander aus - je nach Dicke der Trennschicht parallel oder entgegengesetzt.

Bei entgegengesetzter Magnetisierung ist dabei der elektrische Widerstand des Sandwiches deutlich höher. Schon ein kleines äußeres Magnetfeld wie etwa dasjenige eines Speicherbits auf einer Festplatte kann die Kopplung zwischen den Magnetschichten jedoch zerstören. Mit der Magnetisierungsrichtung ändert sich dann auch der elektrische Widerstand des Sandwiches, was sich zum Auslesen von Magnetspeichern nutzen lässt. Der 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.

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