Übersicht: Der GMR-Effekt

So "riesig" der magnetische Widerstand sein mag, so klein sind die Strukturen, in denen der GMR-Effekt (englisch: Giant-Magneto Resistance), auf Deutsch Riesen-Magnetwiderstand, auftritt. Für seine Versuche benutzte Grünberg magnetische Stoffe wie Eisen oder Kobalt, die er durch eine extrem dünne Schicht aus nichtmagnetischem Material wie Chrom oder Kupfer trennte. Nur wenige Lagen Atome, in einer Dicke von Nanometern, machen die Zwischenschicht aus.

Je nach Dicke der Zwischenschicht reagieren die beiden äußeren magnetischen Schichten des "Sandwichs" unterschiedlich zueinander. So weisen sie in einem Fall dieselbe Ausrichtung des Magnetfeldes aus, bei einer anderen Dicke jedoch eine umgekehrte, antiparallele Ausrichtung. Letzteres hat eine Auswirkung auf den elektrischen Widerstand des Materials: Er kann bis zu doppelt so groß werden. Schwache äußere Magnetfelder können diesen Effekt aufheben, so dass der Widerstand wieder sinkt.

Erste wirkliche Anwendung der Nanotechnik

Dieses Phänomen wurde dazu ausgenutzt, um aus den Schichtstrukturen einen hochempfindlichen Sensor für Magnetfelder zu entwickeln, wie sie beispielsweise zur Speicherung von Daten auf Computer-Festplatten benutzt werden. Kleinste Einheiten des Speichermediums können auf diese Weise ausgelesen werden. Die technische Folge: seit Mitte der 90er Jahre konnte die Speicherkapazität von PC-Festplatten deutlich erhöht werden. Inzwischen gibt es Modelle, die 1000 Gigabyte speichern können.

Damit Festplatten möglichst viele Daten speichern können, müssen ihre magnetischen Bereiche möglichst klein sein. Damit werden die magnetischen Signale aber sehr schwach. Dank Grünberg und Fert können die winzigen magnetischen Kräfte von den Leseköpfen der Festplatten wieder in den Datenstrom umgewandelt werden. Damit der nun prämierte Effekt funktioniert, müssen Metallschichten mit einer Dicke von nur wenigen Atomen gefertigt werden. Daher könne diese Technik als eine der ersten wirklichen Anwendungen der Nanotechnik gelten, erklärte die schwedische Akademie.(mit ddp)