Da un effetto scoperto nel 1988 dal fisico francese Albert Fert e dal tedesco Peter Grünberg, chiamato magnetoresistenza gigante o GMR (da «giant magnetoresistance»), è nata una delle prime concrete applicazioni delle nanotecnologie, che in breve è divenuta la tecnologia standard per la costruzione delle testine di lettura del disco rigido dei computer.

Un sistema GMR è una nanostruttura in cui si alternano strati di materiale ferromagnetico dello spessore di pochi atomi e strati altrettanto sottili di un conduttore elettrico non ferromagnetico, e ha la proprietà di convertire variazioni piccolissime di campo magnetico in grandi variazioni di resistenza elettrica. Questa proprietà sembra fatta apposta per leggere un disco rigido, cioè per trasformare in un segnale elettrico le informazioni immagazzinate nel disco sotto forma di «uni» e «zeri» magnetici. Quanto più sono piccole le singole aree magnetizzate che conservano i dati all’interno del disco rigido, tanto più sono deboli i campi magnetici da esse prodotti. Pertanto, la miniaturizzazione dei dischi rigidi e l’aumento della loro densità di dati impongono l’uso di testine di lettura molto sensibili, come le testine GMR.

Il fenomeno della magnetoresistenza gigante trae origine dallo spin degli elettroni. Lo spin è la proprietà quantistica in base alla quale ogni elettrone è dotato di un momento magnetico intrinseco, che lo fa assomigliare a un minuscolo magnete parzialmente libero di ruotare, cioè un magnete che, immerso in un campo magnetico, ha due sole orientazioni possibili, parallela o antiparallela al campo.

Per spiegare la magnetoresistenza gigante bisogna partire dal modello microscopico della conduzione elettrica, secondo il quale la corrente in un conduttore metallico è dovuta al movimento d’insieme degli elettroni liberi, che avviene, alla velocità di deriva, quando tra le estremità del conduttore vi è una differenza di potenziale elettrico. Lo stesso modello dice che la resistenza elettrica è una conseguenza del fatto che gli elettroni in movimento deviano dal loro cammino rettilineo, a causa degli urti con i nuclei del reticolo cristallino del metallo. Maggiore è la frequenza degli urti subiti dagli elettroni di conduzione, più la resistenza è elevata. In un metallo ferromagnetico questi urti sono influenzati dalla presenza di un campo magnetico perpendicolare alla corrente: vediamo come.

La figura sottostante mostra che la maggior parte degli elettroni orienta il proprio momento magnetico di spin nel verso di B, ma un piccolo numero di essi lo orienta nel verso opposto: ciò che accade è che i primi subiscono meno urti, i secondi ne subiscono di più.

Il diagramma sottostante illustra il funzionamento del più semplice sistema GMR, costituito da due strati ferromagnetici che chiudono a sandwich uno strato non ferromagnetico.

In una testina di lettura il primo strato ha una magnetizzazione permanente, con direzione e verso fissati; il terzo strato, invece, si magnetizza in un verso o nell’altro a seconda del campo magnetico che via via incontra durante la scansione del disco rigido. Quando la magnetizzazione dei due strati estremi è concorde, la resistenza elettrica è bassa (e la testina legge, per esempio, uno 0 binario); quando la magnetizzazione è discorde, la resistenza è alta (e la testina legge, allora, un 1).

Link utili

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• Arduino Starter Kit per principianti
• Elegoo Advanced Starter Kit
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Simone Candido

Simone Candido è un ragazzo appassionato del mondo tech nella sua totalità. Simone ama immedesimarsi in nuove esperienze, la sua filosofia si basa sulla irrefrenabile voglia di ampliare a 360° le sue conoscenze abbracciando tutti i campi del sapere, in quanto ritiene che il sapere umano sia il connubio perfetto tra cultura umanistica e scientifica.