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Testine magneto-resistive giganti

Pagina 12: Testine magneto-resistive giganti

Testine magneto-resistive giganti

Ricercando una densità persino maggiore, nel 1997 IBM introdusse un nuovo tipo di testina MR. Si chiamano testine magneto-resistive giganti (GMR, giant magneto-resistive), ma sono più piccole rispetto alle testine MR standard; il nome si deve infatti all'effetto GMR sul quale sono state basate. Il design è simile, ma rispetto al design MR che conosciamo lo strato NiFe è sostituito da diversi strati aggiuntivi. Nelle testine GMR abbiamo due pellicole – separate da uno strato molto sottile di rame – che cambiano la propria resistenza in funzione del campo magnetico.

L'effetto GMR è stato scoperto nel 1988 in campioni di cristalli che erano stati esposti a campi magnetici ad alta potenza (1000 volte i campi usati negli hard disk). Gli scienziati Peter Gruenberg di Julich (Germania) e Albert Fert di Parigi hanno scoperto che avvengono grandi cambiamenti di resistenza in materiali composti da strati sottili alternati con vari elementi metallici. La struttura chiave nei materiali GMR è uno strato distanziatore costituito da un metallo non-magnetico posto tra due strati di metallici magnetici. Uno degli strati metallici è bloccato (pinned), il che significa che ha un orientamento magnetico forzato. L'altro strato magnetico è libero, il che significa che può cambiare l'orientamento o l'allineamento. I materiali magnetici tendono ad allinearsi nella stessa direzione, quindi se il distanziatore è abbastanza sottile lo strato libero prende lo stesso orientamento di quello bloccato.

Si è scoperto anche che l'allineamento dello strato magnetico libero oscillava tra l'allineamento con quello bloccato e la condizione contraria. La resistenza totale è relativamente bassa quando gli strati sono nello stesso allineamento e relativamente alta quando sono nell'allineamento magnetico opposto.

Cross-section of a GMR head.

La figura mostra un elemento di lettura GMR.

Quando un debole campo magnetico, come quello di un bit su un hard disk, passa sotto a una testina GMR, l'orientamento dello strato magnetico libero ruota secondo quello degli altri e genera un cambiamento rilevante nella resistenza elettrica in virtù dell'effetto GMR. La natura fisica del cambiamento nella resistenza eletrica dipende dal moto relativo degli elettroni nei vari strati, e quindi le testine GMR sono spesso chiamate testine spin-valve.

IBM annunciò il primo disco commerciale con testine GMR (un disco da 16.8 GB e 3,5") nel dicembre 1997. Da allora le testine GMR sono diventate uno standard nella maggior parte dei dischi da 3,5" e 2,5".

Nel 2007 Hitachi sviluppò una testina GMR usando una corrente perpendicolare che supporta densità di 1 Tbit/pollice quadrato o più. Queste sono chiamate testine CPP-GMR, e dovrebbero apparire nei dischi commerciali nei prossimi mesi.

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