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.
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
Komentar
Posting Komentar