Magnetresistenz

Magnetresistenz bezeichnet die Veränderung des elektrischen Widerstands eines Materials, wenn es einem externen Magnetfeld ausgesetzt wird. Die relative Änderung wird oft als ΔR/R0 oder Δρ/ρ0 angegeben. Ursachen und Ausprägungen unterscheiden sich je nach Materialklasse (Metalle, Halbleiter, magnetische Oxide) und Struktur.

Zu den Hauptformen gehören die gewöhnliche Magnetresistenz (OMR), die anisotrope Magnetresistenz (AMR), die große Magnetresistenz (GMR), die Tunnel-Magnetresistenz (TMR) und die kolossale Magnetresistenz (CMR). OMR entsteht durch die Lorentzkraft, die Trajektorien der Ladungsträger abzulenken. AMR beruht auf der Abhängigkeit des Widerstands vom Winkel zwischen Stromrichtung und magnetischer Ordnung, bedingt durch Spin-Orbit-Kopplung in den Materialien.

GMR tritt in mehrschichtigen Strukturen aus ferromagnetischen und nichtmagnetischen Schichten auf, wobei spinabhängige Streuung den Widerstand bestimmt. TMR beruht auf spinabhängigem Tunneln in magnetischen Tunneljunctions; die relative Orientierung der Magnetisierungen der Elektroden steuert den Widerstand stark. CM R kommt in manganit-basierten Systemen vor und beruht auf Doppel-Austauschmechanismen, die die Elektronenkopplung bei Feldern stark verändern.

Historisch bedeutend war die Entdeckung der GMR 1988 durch Albert Fert und Peter Grünberg, wofür ihnen der Nobelpreis für Physik 2007 verliehen wurde. Anwendungen finden sich in Festplattenleseköpfen, magnetischen Sensoren, MRAM und anderen Spinntronik-Komponenten.