المقاومة المغناطيسية العملاقة

النتائج المؤسـِسة، من فـِر ومكاتبيه.

المقاومة المغناطيسية العملاقة GMR هي تأثير مقاومة مغناطيسية من ميكانيكا الكم يـُلاحـَظ في أبنية الطبقات الرقيقة المكونة من طبقات متناوبة حديدية المغناطيسية ferromagnetic وأخرى غير مغناطيسية.

التأثير يتجلى كنقص ملحوظ في المقاومة الكهربائية في وجود مجال مغناطيسي. في غياب مجال مغناطيسي خارجي، فإتجاه المغنطة للطبقات حديدية المغناطيسية المجاورة يكون antiparallel نتيجة coupling مضاد للمغناطيسية الحديدية ضعيف بين الطبقات. النتيجة تكون تشتت مغناطيسي عالي المقاومة.

وعند تطبيق مجال مغناطيسي خارجي، فإن المغنطة للطبقات حديدية المغناطيسية المجاورة تكون متوازية. وينتج عن ذلك تشتت مغناطيسي أقل، ومقاومة أقل. [1]

تجارياً يستغل هذا التأثير منتجو الأقراص الصلبة. جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2007 مـُنـِحت للعالمين ألبير فـِر وپيتر گرونبرگ لاكتشافهم م.م.ع. GMR.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الاكتشاف

م.م.ع. GMR تم اكتشافها عام 1988 في طبقات ثلاثية من Fe/Cr/Fe من قِبل فريق أبحاث بقيادة پيتر گرونبرگ من مركز أبحاث يوليش (ألمانيا)، الذي يمتلك براءة الاختراع. وقد تم اكتشافه في نفس الوقت وبدون أي صلة من في طبقات متعددة من Fe/Cr بواسطة مجموعة ألبير فـِر في جامعة جنوب پاريس (فرنسا). مجموعة فـِر كانت السباقة في رؤية التأثير الكبير في الطبقات المتعددة مما أدى إلى التسمية، وكانت السباقة أيضاً إلى الشرح الصحيح للفيزياء التي تقوم عليها. اكتشاف م.م.ع. GMR يـُعتبر ميلاد spintronics. وقد تلقى كل من گرونبرگ و فـِر العديد من الجوائز والمكافآت لاكتشافهم ولإسهاماتهم في مجال spintronics بما في ذلك جائزة نوبل في الفيزياء عام 2007.


أنواع م.م.ع. GMR

م.م.ع. GMR متعددة الطبقات

Spin valve GMR

Spin-valve GMR

المقاومة المغناطيسية العملاقة أو G M R في العام 1988، توصل فير وغرونبرغ، عبر بحوث مستقلة، لاكتشاف نظرية عن المقاومة التي تظهر عند التعامل مع التيار الكهربائي والحقل المغناطيسي على مستوى الذرّات. وسمياها «المقاومة المغناطيسية العملاقة». ثم عملا على تطبيق تلك النظرية على عملية تخزين المعلومات في الأقراص الصلبة للكومبيوتر. فقد فرض تطور صناعة الحواسيب صنع أقراص صلبة يصغر حجمها باستمرار، لكن قدرتها على تخزين المعلومات تتضاعف باطراد.

والمعروف أن المعلومة «تحفر» على القرص الصلب على هيئة «حقل» مغناطيسي متناهي الصغر، وعند قراءته يتحوّل الى تيار كهربائي فيستطيع الكومبيوتر التعرف اليه لأن الحاسوب يقرأ المعلومات باعتبارها تياراً كهربائياً يسير وينقطع، ما يساوي اللغة الرقمية للكومبيوتر التي تتألف من مجاميع متسلسلة من رقمي صفر (انقطاع التيار) وواحد (استمرار التيار). وكلما زاد حجم المعلومات، كلما توجب أن تحتل مساحة أقل فأقل على القرص الصلب. وعندما نصل الى أقراص تحتوي على عشرات من التيرابايت (كل منها يساوي تريليون بايت)، يصبح «حفر» المعلومات عملاً يجري عند حدود الذرات، وكذلك الحال بالنسبة لقراءته أي لتحويل هذا الحقل المغناطيسي الذري الى تيار كهربائي ليستطيع الكومبيوتر أن يلاحظه.

ولذلك فإن التخزين المكثف للمعلومات يواجه القوى المغناطيسية على مستوى ذري، وحيث تبرز «المقاومة المغناطيسية العملاقة». وكذلك يحتاج الأمر الى أدوات تستطيع أن تقرأ المعلومات الممغنطة عند حدود ذرية أيضاً. ولذا، استعمل العالمان فير وغرونبرغ نظريتهما المغناطيسية لصنع رؤوس متناهية الصغر، وبحجم لا يزيد على مجموعة صغيرة من الذرّات، تقدر على التعامل مع الحقول المغناطيسية الفائقة الصغر ومقاومتها. واستخدما علم النانوتكنولوجي، الذي يتعامل مع الأشياء في مستوى الواحد من المليون من الملليمتر، في صناعة تلك القارئات المغناطيسية. وأسديا بذلك خدمة هائلة لتطور الكومبيوتر وصناعته، كما الحال بالنسبة الى الأدوات التي تستعمل أقراصاً صلبة لتخزين المعلومات مثل مشغلات الموسيقى والفيديو الرقمي والخليوي والمساعد الرقمي الشخصي وغيرها.


خاصية من ميكانيكا الكم للإلكترون تُعرف باسم السپين (التدويم) spin وذات صلة وثيقة بالمغنطيسية. فالتجهيزات التي تعتمد على استخدام سپين الإلكترون لتأدية وظائفها تكوِّن أساس الإلكترونيات السپينية (وهذه الكلمة هي اختصار لـ spin-based electronics)، التي تُعرف أيضا بالإلكترونيات المغنطيسية . لذلك كان لتقانة معالجة المعلومات اعتماد كبير على التجهيزات الشحنية ـ بدءا من الصمام المفرغ الذي أصبح غريباً الآن، وانتهاء بالشيپات الميكروية ذات المليون ترانزستور. هذه التجهيزات الإلكترونية التقليدية تحرِّك الشحنات الكهربائية متجاهلة السپين الذي تُلحقه في طريق كل إلكترون.


ومع ذلك فإن المغنطيسية (ومن ثَمّ سپين أي تدويم الإلكترون) تبقى مهمة على الدوام في مسألة تخزين المعلومات. فسوّاقات الأقراص الصلبة في الحواسيب المغرِقة في القدم مثلا استعملت المقاومة المغنطيسية ـ وهي تغيُّر في المقاومة الكهربائية ينجم عن حقل مغنطيسي ـ لقراءة البيانات المخزنة في الحقول المغنطيسية. لذا فليس مستغربا أن تُحقق صناعة وسائط خزن المعلومات النجاحات الأولية في تقانة الإلكترونيات السپينية. فمعظم الحواسيب المحمولة أصبحت الآن مزودة بسواقات أقراص صُلبة بسعات عالية تَرزُم كمية هائلة من البيانات في كل مليمتر مربع. تعتمد هذه السواقات على مفعول السپين الإلكتروني ـ تلك المقاومة المغنطيسية الهائلة ـ لقراءة مثل هذه البيانات الكثيفة.

أساسيات ال (سبين)

إضافة إلى كتلة الإلكترون وشحنته، فإن له كمية ذاتية من الزخم الزاوي تسمى السپين كما لو أنه كرة دقيقة تدوربسرعة كبيرة يترافق مع السپين حقل مغنطيسي يشبه قضيبا مغنطيسيا صغيرا جدا يتراصف مع محور السپين.

يمثل العلماء السپين بمتجه. ففي حالة كرة تدور «من الغرب إلى الشرق» يكون اتجاه المتجه إلى «الشمال» أو إلى «الأعلى»؛ وإلى «الأسفل» في حالة الدوران المعاكسة.

في الحقل المغنطيسي، تمتلك الإلكترونات ذات السپين العُلوي والسفلي طاقتين مختلفتين.

في التيار الكهربائي العادي تتوجه السپينات عشوائيا، وليس لها أي أثر في تدفق التيار.

تُحدِث تجهيزات الإلكترونيات السپينية تيارات مستقطبة بالسپين، وتَستعمل السپين للتحكم في تدفق التيار.

التطبيقات

GMR has been used extensively in the read heads in modern hard drives and magnetic sensors. Another application of the GMR effect is in magnetoresistive random access memory (MRAM), a type of non-volatile semiconductor memory. GMR has triggered the rise of a new field of electronics called spintronics.

المصادر

  1. ^ Stoner-Leeds


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

طالع أيضاً

وصلات خارجية

تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=المقاومة_المغناطيسية_العملاقة&oldid=1391333"