terça-feira, 9 de outubro de 2007

O que é a magnetorresistência gigante?

No dia em que foram anunciados os galardoados com o Nobel da Física, mais um post convidado de Luís Alcácer.

O prémio Nobel de física foi atribuído este ano (2007) a Albert Fert (da Universidade de Paris Sul) e Peter Grünberg (do centro de investigação de Jülich, na Alemanha) pela descoberta da magnetorresistência gigante.

O que é a magnetorresistência gigante?

Os materiais, metais, semicondutores ou isoladores, apresentam resistência eléctrica, que como o nome indica consiste na oposição à passagem de corrente eléctrica quando lhes é aplicada uma diferença de potencial eléctrico (um campo eléctrico). São excepção os chamados supercondutores, cuja resistência eléctrica é nula. Quando a resistência eléctrica é afectada pela presença de um campo magnético (e.g., presença de um íman) estamos na presença de magnetorresistência. Este efeito foi descoberto por William Thomson em 1856. Entretanto foram descobertos outros efeitos semelhantes, como a magnetorresistência gigante, em 1988.

Esta descoberta marca o nascimento do que se chama a spintrónica (à semelhança de electrónica) que tira partido de uma propriedade dos electrões chamada o spin e que é responsável pelas propriedades magnéticas dos materiais.

É mais um efeito quântico observado em camadas finas triplas de certos metais, como por exemplo, ferro/crómio/ferro.

A magnetorresistência gigante é a base do funcionamento dos discos rígidos. É uma das muitas aplicações tecnológicas baseadas na mecânica quântica que contribuem com cerca de 25% para a economia dos Estados Unidos da América do Norte.

Luis Alcacer

8 comentários:

  1. Muito obrigado, professor Alcacer pela explicação :)

    Já tinha ouvido o anúncio no telejornal e tinham feito soar que os dois cientistas tinham descoberto qualquer coisa tipo pinguim gigante ou coisa do género :)

    Assim ficou mais claro! mas nunca tinha ouvido falar en spintrónica...

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  2. Muito interessante mas gostava de saber mais, como o spin dos electrões condiciona o registo magnético. Se for possivel, estaria muito interessado em aprofundar.

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  3. Nossa relamente é muito interessante.. nunca pensei que se usasse spintronica que é a posição do eletron os spins para posicionar a informação num disco rigido..fantastico..Magnetorresistencia..
    legal ja nao vou esquecer..

    santanacta@directnet.com.br

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  4. Toda a informação digital, som ou imagem, é escrita num alfabeto de dois símbolos 0 (zero) e 1 (um). Portanto qualquer dispositivo para escrever ou ler esse tipo de informação tem que ter dois estados, que possam ser controlados. Um exemplo simples será um interruptor num circuito eléctrico. Quando ligado, a corrente eléctrica passa e pode ser detectada num outro dispositivo — o facto de haver uma corrente não nula é lido como o símbolo 1. Quando se desliga o interruptor a corrente não passa — esse facto é lido como 0. É o mesmo princípio do telégrafo, que usava o código Morse.
    No caso da magnetorresistência gigante temos, em linguagem simples, mais ou menos, a seguinte situação:
    O dispositivo é formado por duas camadas de ferro, separadas por uma camada de crómio (uma sandwich) . O ferro é um material magnético — alguns dos seus electrões têm o spin (o electrão funciona como uma espécie de íman ou agulha magnética) virado para cima e outros têm o spin virado para baixo. No estado 1, as duas camadas de ferro estão magneticamente alinhadas uma com a outra e podem passar os electrões que têm o spin para cima, os outros não. No estado 0, as duas camadas de ferro estão alinhadas em sentidos opostos, não permitindo a passagem de nenhuns electrões. A camada de crómio serve apenas para separar as duas camadas de ferro.

    O disco rígido, ou DVD, tem uma enorme quantidade de dispositivos deste tipo, de dimensões menores do que um mícron (0,001 milímetros), formados por camadas com espessuras da ordem de 10 nanómetros (0,000 01 milímetros). Esses dispositivos estão alinhados ao longo de uma espiral, sobre a qual se passeia um outro dispositivo (magnético) que vai ler o estado em que está cada um dos dispositivos anteriores. A velocidade a que gira um disco rígido de um computador pessoal é entre 5400 e 7200 rotações por minuto. A cabeça magnética de leitura passeia sobre o disco a uma distância de cerca de 25 nanómetros ( 1 nanómetro = 0,000 001 milímetro) à velocidade de 20 metros por segundo. Isso é equivalente a um avião voando a 900 km/h à altura de menos de um mícron do solo!
    No site de Peter Grünberg, pode ver-se um vídeo sobre a aplicação da magnetorresistência aos discos rígidos, infelizmente em alemão — mas mesmo assim talvez dê uma ideia:
    http://www.fz-juelich.de/portal/datapool/page/749//gmr.ram

    Luis Alcacer

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  5. Umas correcções:

    O DVD ou CD não são para aqui chamados porque são dispositivos ópticos que não usam o electro-magnetismo para armazenar/transmitir informação.
    A disposição em espiral da informação só se aplica a estes. No caso dos discos rígidos esta encontra-se em círculos concêntricos.

    http://electronics.howstuffworks.com/cd.htm

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  6. Obrigado pelas correcções.
    Luis Alcacer

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  7. Luis Alcacer muito Obrigado pela explicação, o video apesar de estar em Alemão dá para entender devido à simplicidade do grafismo, quem sabe um dia se poderá tirar o mesmo partido do spin dos electões, mas desta vez com a polarização de fotões?

    Abraço

    cyber

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  8. Já agora podem ler aqui na página da IBM mais informação sobre a investigação da GMR aplicada à tecnologia dos discos rígidos:

    http://www.research.ibm.com/research/gmr.html

    E aqui algumas animações que demonstram o efeito da GMR nas cabeças de leitura/gravação:

    http://www.research.ibm.com/research/demos/gmr/index.html

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