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.
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.