Что такое магнитосопротивление?
Магнитосопротивление — это физическое явление, которое описывает способность материалов изменять свое электрическое сопротивление под воздействием внешнего магнитного поля. Это свойство имеет важное значение в различных областях науки и техники, включая электронику, магнитные датчики и хранение данных.
Основы магнитосопротивления
Когда электрический ток проходит через проводник, его движение может быть изменено при наличии магнитного поля. Это изменение пути электрических зарядов приводит к изменению сопротивления материала. Уровень анизотропного магнитосопротивления (AMR) зависит от относительной проводимости материала и направления магнитного поля. В результате, электрический ток может проходить по большей площади поверхности, что увеличивает общее сопротивление на молекулярном уровне.
С момента открытия магнитосопротивления в 1856 году ирландским изобретателем лордом Кельвином, эта область науки претерпела значительные изменения. Первоначально магнитосопротивление называли обычной магниторезистентностью (OMR). Позже была введена концепция колоссального магнитосопротивления (CMR), которая описывает материалы, такие как оксид перовскита, способные изменять свое сопротивление до значительно больших уровней, чем считалось возможным ранее.
Прорывы в области магнитосопротивления
В 1988 году два ученых, Альберт Ферт и Петер Грюнберг, независимо друг от друга открыли гигантское магнитосопротивление (GMR). Это явление связано с наложением тонких слоев ферромагнитных и немагнитных металлов, что позволяет значительно увеличивать или уменьшать общее сопротивление. Туннельное магнитосопротивление (TMR) развивает эту концепцию еще дальше, заставляя электроны двигаться перпендикулярно через немагнитный изолятор, обычно состоящий из кристаллического оксида магния. Это явление, основанное на квантовой механике, открыло новые горизонты для применения технологий TMR в различных отраслях.
Применение магнитосопротивления в промышленности
Одним из наиболее известных примеров применения магнитосопротивления является использование жестких дисков в компьютерных системах. Эта технология позволяет устройствам считывать и записывать данные с высокой скоростью и объемом. Встроенные микроскопические нагревательные катушки обеспечивают точный контроль во время работы жесткого диска, что приводит к увеличению общей емкости хранилища и снижению вероятности потери данных. Кроме того, магнитосопротивление также используется в энергонезависимой памяти, которая сохраняет данные даже при отсутствии источника питания.
Магнитосопротивление находит применение и в других областях, таких как автомобильная промышленность, где оно используется в системах ABS и датчиках положения. В медицине магнитосопротивление применяется в магнитно-резонансной томографии (МРТ), что позволяет получать высококачественные изображения внутренних органов.
Будущее магнитосопротивления
С развитием технологий магнитосопротивление продолжает оставаться актуальной темой для исследований. Ученые работают над созданием новых материалов с улучшенными свойствами магнитосопротивления, что может привести к созданию более эффективных и компактных устройств. Например, в области квантовых вычислений магнитосопротивление может сыграть ключевую роль в разработке новых типов квантовых битов (кубитов), которые будут использоваться в квантовых компьютерах.
