Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто

  • 30% recurring commission
  • Выплаты в USDT
  • Вывод каждую неделю
  • Комиссия до 5 лет за каждого referral

№ 1 Гигантское магнетосопротивление

Автор: Мунавиров Булат

Нобелевскую премию 2007 года по физике получили европейские ученые Альбер Фер и Петер Грюнберг, независимо друг от друга открывшие эффект гигантского магнетосопротивления. Открытие стало важным шагом в развитии технологии хранения информации. За необычайно короткий срок удалось перейти от лабораторных образцов к промышленному использованию эффекта гигантского магнетосопротивления в считывающих головках жестких дисков.

Гигантское магнитное сопротивление — квантовомеханический эффект, наблюдаемый в тонких плёнках, состоящих из чередующихся ферромагнитных и немагнитных слоёв. В такой системе эффект проявляется в существенном уменьшении электросопротивления в присутствии внешнего магнитного поля.

Физическая природа этого эффекта связана с зависимостью рассеяния электронов проводимости от направления спинов. (Электрон – элементарная частица со спином ½, следовательно, в магнитном поле может принимать две ориентации – «по полю» (↑) и «против поля» (↓)). Имеется в виду, что для двух типов электронов проводимости, ферромагнетик (вещество, которое даже в отсутствии внешнего магнитного поля обладает намагниченностью) имеет различное электрическое сопротивление. Иными словами эффективно существует два канала проводимости с различными электрическими (R↑ и R↓) сопротивлениями для электронов с различными ориентациями спинов.

Таким образом, если две тонкие пленки, изготовленные из ферромагнитного материала (например, Fe или Co), как это показано на рисунке, разместить по обе стороны от пленки, выполненной из проводящего немагнитного материала (например Cu), то результирующее электрическое сопротивление такого устройства будет зависеть от ориентации намагниченности в ферромагнитных слоях. В условиях отсутствия внешнего магнитного поля намагниченность в двух соседних ферромагнитных слоях стремится принять антипараллельную ориентацию. Под воздействием же внешнего магнитного поля намагниченность обеих пленок стремиться выстроиться «по полю». Сказанное выше можно проиллюстрировать в виде эквивалентной схемы, приведенной на том же рисунке.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Вопросы:

1.  Как указанное явление можно использовать в качестве устройства для хранения информации?

2.  Как это реализуется в производстве жестких дисков?

3.  Зачем нужен промежуточный слой?

4.  Посчитайте суммарное сопротивление эквивалентных схем приведенных на рисунке.

5.  Существует ли ограничение на размеры слоев материалов? Чем оно вызвано?

Решение:

(5 баллов) Как указанное явление можно использовать в качестве устройства для хранения информации?

Ответ: Элементарная единица памяти – бит, соответственно для создания носителя памяти необходима система с двумя квазиустойчивыми положениями. Осталось определить эти два состояния. В данном случае – это ориентации параллельно и антипараллельно, результирующая в различии сопротивлений.

(6 баллов) Как это реализуется в производстве жестких дисков?

Ответ: Считывающая, она же записывающая представляет собой трехслойное устройство, подобное представленному на рисунке, с той разницей, что один из ферромагнитных слоев имеет постоянную (фиксированную) ориентацию намагниченности. Биты информации на жестком диске – полосы ферромагнетиков, ориентация намагниченности в них определяет соответственно два состояния –« 0» и «1». Головка подлетает к нужной полоске и за счет явления GMR происходит считывание или запись информации.

(4 баллов) Зачем нужен промежуточный слой?

Ответ: Без промежуточного слоя невозможно ступенчатое изменение намагниченности, подобное представленному на рисунке.

(2 баллов) Посчитайте суммарное сопротивление эквивалентных схем приведенных на рисунке.

Ответ: (R↑+R↓)/(R↑*R↓) и (R↓+R↑)/2

(8 баллов) Существует ли ограничение на размеры слоев материалов? Чем оно вызвано?

Ответ: Существует ограничение на размеры пленок из немагнитного материала. Так как электрон, пролетая через него, не должен успеть изменить ориентации спина, следовательно толщина пленки должна быть меньше длины свободного пробега электрона с сохранением спина. Это величина порядка 1 нм. Таких жестких ограничений на ферромагнитные слои нет, главное, чтобы они не шунтировали пленку из немагнетика в считывающей головке, на практике это величины порядка 1мкм.