Der anisotrope magnetoresistive Effekt
Magnetfelder versuchen, Elektronen, die sich bewegen, senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung abzulenken. Was bedeutet, dass, wenn Du einen Magneten an eine stromdurchflossene Leitung hältst, der Strom plötzlich am liebsten an einem Rand der Leitung fließt.
Im Physikunterricht wirst Du diesem Phänomen irgendwann dem Hall-Effekt begegnen, und die Spannung zwischen oberem und unteren Rand der Leitung ausmessen. Wenn Du einen Elektromagnet wickelst, wirst Du Dich stattdessen mit dem Phänomen herumschlagen müssen, dass der Strom unter Umständen nur einen Teil der Fläche Deines Dicken Kupferdrahts nutzt und dadurch einen viel höheren Widerstand sieht, als nötig. Wie stark diese Effekte zu Tage treten hängt neben dem Magnetfeld und dem Strom von einer Handvoll Materialkonstanten ab.
Die Idee hinter dem Giant Magnetoresistive Effekt ist nun, dass Du noch einen Schritt weitergehst und abwechselnd Scheiben aus zwei Materialien aufeinanderlegst:
- einem Material, in dem, wenn ein Magnetfeld anliegt, nur noch an einem Rand fließt und
- einem Material, das ganz einfach einen hohen Widerstand besitzt.
Gibt es kein Magnetfeld, fließt der Strom durch die gesamte Fläche der Scheiben und alles ist gut.
Selbst ein schwaches Magnetfeld sorgt nun aber dafür, dass der Strom in einem Zickzack durch den Scheibenstapel fließt - und daher lange Strecken durch das Material mit dem hohen Widerstand zurücklegen muss.
Der GMR selber
Das Magnetfeld tut aber mit den Elektronen ebenso wie mit Magnetfeldern noch eine zweite Sache: Es dreht sie immer so, dass wie wie eine Kompassnadel in Richtung des Magnetfelds zeigen. Oder eher wie den Anker des Elektromotors aus einem Spielzeugauto - der pro Umdrehung an zwei oder drei Stellen in das Magnetfeld einrasten kann.
In einem GMR-Sensor sind nun abwechselnd Schichten verbaut, die von Magnetfeldern angezogen oder abgestoßen werden. Liegt der Sensor in einem Magnetfeld, muss sich jedes Elektron, durch ihn hindurch will, dadurch jedes Mal, wenn es in eine neue Schicht will, umdrehen. Das tut es nicht gerne. Der Sensor hat also einen hohen Widerstand, obwohl Strom, wenn es kein äußeres Magnetfeld gibt, ihn sehr gerne passiert.
Dieses Verfahren hat es ermöglicht, extrem kleine und genaue Magnetfeldsensoren aufzubauen, die heute im Lesekopf jeder Festplatte zu finden sind. In der Technik sind oft die Ideen, die in den am einfachsten aufgebauten Bauelementen resultieren, die besten.
