Giant Magnetoresistance



Giant Magnetoresistance (GMR)

Widya Carolina DP
M0212082
Mata Kuliah Sensor
Jurusan Fisika FMIPA, Universitas Sebelas Maret


Pengertian Sensor GMR

Sensor magnetik berbasis GMR (giant magnetoresistance) adalah sensor yang bekerja berdasarkan efek perubahan resistansi yang sangat besar pada bahan logam bila dikenai medan magnet luar. Material GMR memiliki magnetoresistance yang sangat besar sehingga memiliki potensi untuk dikembangkan menjadi devais pendeteksi medan magnet. Penggunaan material GMR sebagai sensor medan magnet, memiliki beberapa kelebihan dibandingkan sensor lainnya yakni: sensitivitas yang tinggi, kestabilan temperatur tinggi, konsumsi daya rendah, ukuran kecil dan harga murah, sifat magnetik dapat bervariasi dalam rentang yang sangat luas.

Prinsip Kerja
Prinsip dasar dari magnetoresistance (MR) adalah perubahan resistivitas material sebagai akibat dari respon terhadap keberadaan medan magnet luar. Prinsip kerja dari sensor Giant magnetoresistance adalah perubahan resistansi pada lapisan multilayer magnetik ketika diberikan medan magnet luar dan merupakan efek mekanika kuantum yang bergantung pada fenomena scattering spin. Efek GMR merupakan efek mekanika kuantum yang diamati dalam struktur lapisan tipis yang terdiri lapisanlapisan feromagnetik yang dipisahkan oleh lapisan nonmagnetik. Ketika medan eksternal diberikan pada multilayer Fe/Cr, arah magnetisasi pada lapisan Fe akan berotasi ke arah paralel seiring dengan meningkatnya medan eksternal hingga akhirnya moment magnetik total mengalami saturasi. Selama rotasi magnetisasi dari antiparalel menuju paralel terjadi perubahan resistansi yang besar.
Asal dari perubahan resistansi ini adalah hamburan elektron antara wilayah magnetisasi paralel dan antiparalel pada lapisan ferromagnetik yang disebut dengan spin dependent transport. Efek GMR ini berhubungan dengan  spin elektron memiliki dua nilai yang berbeda (spin up dan spin down). Ketika spin-spin ini melintasi material yang telah dimagnetisasi, salah satu jenis spin mungkin mengalami hambatan (resistance) yang berbeda daripada jenis spin lainnya. Sifat ini menunjukkan adanya hamburan bergantung spin (spin-dependent scattering). Dalam multilayer magnetik terjadi dua jenis hamburan yaitu: hamburan bergantung spin (spin-dependent scattering) dan hamburan pembalikan spin (spin flip scattering).
Terdapat tiga tipe lapisan GMR, sandwich, multilayer dan spin valve. Struktur sandwich merupakan stuktur dasar GMR yang terdiri dari tiga lapisan dengan susunan bahan ferromagnetik/nonmagnetik/ferromagnetik (FM-NM-FM). Struktur spin valve (sandwich pinned) merupakan struktur yang terdiri dari lapisan ferromagnetik/ nonmagnetik/ ferromagnetik/ antiferromagnetik dimana lapisan antiferromagnetik berperan sebagai lapisan pengunci (pinning layer) arah magnetisasi lapisan ferromagnetik dibawahnya. Sedangkan struktur multilayer adalah struktur dengan pengulangan lapisan feromagnetik/nonmagnetik (FM/NM)n dengan indeks n adalah jumlah pengulangan lapisan.
Gambar 1. Struktur lapisan tipis GMR a)Sandwich b)spin valve c)multilayer (Djamal dkk, 2009).

Nilai MR sangat ditentukan oleh sifat magnetik dan sifat listrik yang dihasilkannya. Sifat-sifat itu ditentukan oleh beberapa faktor antara lain: jenis material yang digunakan sebagai lapisan penyusunnya, struktur susunannya (sandwcih, spin valve dan multilayer ) dan ketebalan dari masing-masing lapisan. Pada paper ini akan dijelaskan optimasi ketebalan material NiCoFe di atas Silikon (Si) dengan memvariasikan waktu penumbuhan (Djamal & Yulkifli, 2009).

Bahan Yang Digunakan Untuk Multilayer GMR

               Dalam multilayer GMR terdapat dua atau lebih lapisan feromagnetik yang dipisahkan oleh sangat tipis (sekitar 1 nm ) nonferromagnetic spacer ( misalnya Fe / Cr / Fe ). Pada ketebalan tertentu kopling RKKY yang berdekatan dengan antara lapisan feromagnetik menjadi antiferromagnetik, sehingga member energy untuk magnetisasi dari lapisan yang berdekatan untuk menyelaraskan anti- paralel. Hambatan listrik dari perangkat ini biasanya lebih tinggi dalam kasus anti- paralel dan perbedaan dapat mencapai lebih dari 10 % di suhu ruang. Interlayer jarak di perangkat ini biasanya berhubungan dengan kedua puncak antiferromagnetic di osilasi AFM - FM di kopling RKKY (Wikipedia).
Gambar 2. Magnetic multilayer
Aplikasi Giant Magnetorsistance (GMR)

             Material GMR memiliki sifat magnetoresistan yang tinggi, sehingga sangat berpotensi untuk dikembangkan dalam berbagai aplikasi. Perkembangan GMR sebagai sensor, penyimpanan data (data storage density), non-volatile magnetic random access memory (MRAM), heads recording, dan magnetic hard disk drives (HDDS) (Djamal & Yulkifli, 2009).
               
              Contoh aplikasinya adalah perekaman magnetik pada read head hard disk drive seperti pada gambar 3 pada saat momen magnetic di lapisan terbalik terletak sejajar dengan bidang media dalam tidak akan terjadi momen magnetik fields. Karena lapisan magnetik dari GMR berorientasi tegak lurus terhadap bidang media. Lalu contoh aplikasi berikutnya adalah memori non volatile seperti gambar 4 sense line: Unsur-unsur GMR dengan struktur spin- katup yang diatur dalam seri dihubungkan dengan kabel litograf. sense line menyimpan informasi, Word line & Bit line : Sumber medan magnet . Bidang yang terkait dengan mereka yang " setengah pilih " lapangan . Itu berarti " word" dan " bit " medan magnet menggabungkan bersama-sama sedemikian rupa bahwa mereka menghasilkan medan cukup besar untuk mengatasi pada titik persimpangan. dan masih banyak aplikasi sensor medan magnet berbasis GMR lainnya misal, traffic control sensor dan piston end detector.


image from IBM
Gambar 3. Read head pada magnetic disk recorder

Gambar 4. Non-volatile memories


Referensi

1.Djamal, M., & Yulkifli. (2009). Penumbuhan Lapisan Tipis NiCoFe/S Sebagai Material Pembuatan Sensor Giant Magnetoresistance (GMR). Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia Volume 9 ISSN No. 0854-3046 .
2.Djamal, M., Ramli, Wirawan, R., & Sanjaya, E. Sensor Magnetik GMR, Teknologi dan Aplikasi Pengembangannya. Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY, (pp. 0853-0823). Yogyakarta.
3.Reig, C., Cubells-Beltr´an, M.-D., & Mu˜noz, D. R. (2009). Magnetic Field Sensors Based on Giant Magnetoresistance (GMR) Technology: Applications in Electrical Current Sensing. Sensors , 7919-7942.
Wikipedia. (n.d.). Retrieved October 26, 2015, from http://en.wikipedia.org/wiki/Giant_magnetoresistance

  *CMIIW

Komentar

Postingan populer dari blog ini

Transformasi?

Review Sulwhasoo Essential Rejuvenating Eye Cream EX