Der GMR-Effekt ist ein magnetoresistiver Effekt, bei dem sich der Widerstandswert eines metallischen Dünnschichtsystems in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke ändert. Im Unterschied zu anderen magneto-resistiven Verfahren wird beim Giant Magneto-Resistance-Effekt (GMR) der Elektronen-Spin-Effekt in einem ultradünnen Schichtsystem ausgenutzt, der die Leitungsmechanismen verändert.

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Aufbau und Funktionsweise des GMR-Sensors

Das Dünnschichtsystem besteht aus verschiedenen dünnen Schichten von wenigen Nanometern (nm) aus weichmagnetischem, unmagnetischem, metallischem und hartmagnetischem Material. Die Schichten liegen in Lagen übereinander, wobei sich immer eine Lage nicht magnetischen Materials wie Kupfer (Cu) mit einem magnetischen Material wie Permalloy oder Kobalt-Eisen (CoFe) abwechseln. Es können durchaus zehn verschiedene Lagen übereinander liegen. Die Ausrichtung zwischen der weich- und hartmagnetischen Schicht ist entscheidend für den Widerstandswert, der sich mit der Winkeländerung des magnetischen Feldes ändert. Die Widerstandsänderung ist dann am größten, wenn die magnetischen Schichten in entgegengesetzter Richtung magnetisiert sind.

Eigenschaften der verschiedenen magneto-resistiven Verfahren

Der GMR-Effekt wird in feldstärkegesteuerten GMR-Sensoren genutzt, die in der Automation und Automotive-Technik eingesetzt werden. In Festplatten nutzt man den GMR-Effekt zur Erhöhung der Speicherdichte. Da die GMR-Schichten unter magnetischem Einfluss eine hohe Widerstandsänderung aufweisen, kann in den Schreib-/Leseköpfen ein vergleichsweise starkes Lesesignal erzeugt werden. Bedingt durch die höhere Empfindlichkeit des GRM-Sensors gegenüber anderen Schreib-/Leseköpfen kann die Speicherdichte um etwa 20 % gegenüber klassischen Festplatten auf ca. 100 GB/qinch erhöht werden. Dies nutzt man vor allem beim Perpendicular-Recording.

Neben dem beschriebenen GMR-Effekt gibt es weitere magneto-resistive Effekte, die alle unter dem Oberbegriff X-Magneto-Resistive (XMR) zusammengefasst sind.