Новости науки 28.06.02. Экстраординарное магнетосопротивление и считывающие головки

Специалисты из японской фирмы NEC продемонстрировали считывающую головку для магнитной памяти, созданную основе эффекта экстраординарного магнетоспротивления, позволяющую работать с магнитной памятью с плотностью записи более 100 Гбит/дюйм².

Различают три магнеторезистивных эффекта. Эффект колоссального магнетосопротивления (CMR) возникает в перовскитах (типа LaMnO₃) в колоссальных же магнитных полях. Эффект гигантского магнетосопротивления (GMR) основан на фильтрации электронов с различной ориентацией спина при прохождении из одного магнитного материала в другой. А вот экстраординарное магнетосопротивление (EMR) происходит из орбитального движения электронов, его можно отнести к разряду баллистических эффектов, когда искривление траектории движения в магнитном поле вызывает изменение проводимости.

Рис.1. Изображения считывающей головки, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии: вертикальный вид (a) и под углом 30^o (b).

EMR-датчик фирмы NEC (рис.1) с размером считывающей головки порядка 100 нм изготовлен из немагнитного материала и представляет собой тонкий слой полупроводника с высокой подвижностью носителей заряда. Часть полупроводника зашунтирована хорошо проводящим материалом, например, металлом (он может вставляться внутрь полупроводника или накладываться на его поверхность, главное - обеспечить хороший контакт). Измерение производится четырехзондовым методом. На два зонда подается напряжение, с двух других снимается ток. Шунтирующий участок расположен асимметрично относительно зондов. При измерениях ток в основном течет по металлу, как по наиболее легкому пути, но условия попадания электронов из полупроводника в металлическую часть зависят от величины магнитного поля. Дифференциальная чувствительность датчика для разных диапазонов магнитных полей разная. Поэтому, наряду с измеряемым магнитным полем, предлагается использовать и постоянное магнитное поле для выбора рабочей точки, соответствующей максимальной чувствительности.

В проведенных специалистами фирмы NEC экспериментах постоянное поле равнялось 0.27 Тл, чувствительность к измеряемому полю до 0.05 Тл составляла 147 Ом/Тл. Величина магнетосопротивления - 6 % при комнатной температуре, что вполне достаточно для практического применения. Полученные размеры головки позволяют применить ее в магнитной памяти с плотностью записи 116 Гбит/дюйм². Исследователи не видят препятствий в продвижении к плотности 1 Тбит/дюйм² - для этого достаточно уменьшить размеры датчика.

Датчик на основе гигантского магнетосопротивления в этом диапазоне плотности записи должен отстать из-за больших магнитных шумов, поскольку он изготавливается из магнитных материалов, в отличие от датчика на основе эффекта экстраординарного магнитного сопротивления. Однако надо заметить, что величина экстраординарного магнитного сопротивления уменьшается при уменьшении размеров. Это связано с тем, что пространственным масштабом, который характеризует этот эффект, является радиус циклотронной орбиты.

перейти к началу страницы