martes, octubre 09, 2007

Magnetoresistencia gigante

Éste es el descubrimiento (realizado en 1988 por Albert Fert y Peter Grünberg) que este año se ha llevado el Premio Nobel de Física 2007.

Cuantas veces en foros, o comentarios de otros blogs, llega alguien comentando que la ciencia no sirve para nada, sin darse cuenta que el ordenador que está usando es precisamente fruto de esa ciencia. El premio Nobel de este año es otro ejemplo más de cómo la ciencia se emplea en hacer avanzar la sociedad.

El propio nombre ya es bastante descriptivo de qué se trata: magnetorresistencia, (GMR en sus siglas en inglés) resistencia a la corriente eléctrica inducida por magnetismo. La magnetorresistencia ya fue descubierta en 1856. Sin embargo, el efecto era tan sólo de una variación del 5%. Hubo que esperar hasta 1988 para encontrar este mismo efecto, en mayores proporciones (GMR), y hasta 1993 para encontrar la Magnetorresistencia Colosal, cuyo efecto es aún más notable que la de la GMR. Con estos descubrimientos, aparece lo que se llama spintrónica, que no es otra cosa que aprovechar el spin del electrón para fabricar dispositivos.

El descubrimiento de Fert y Grünberg fue hecho a partir del uso de sandwichs magnéticos: Entre dos láminas ferromagnéticas, introducían otra de un material no ferromagnético. Fert y Grünberg emplearon concretamente hierro (ferromagnético) y cromo (paramagnético).

Los materiales ferromagnéticos poseen la capacidad de imantarse en el sentido de un campo magnético aplicado lo suficientemente intenso. El material paramagnético en cambio no. El descubrimiento en cuestión fue que al imantar las láminas ferromagnéticas en sentidos contrarios (antiparalelos), y hacer pasar una corriente eléctrica a través de todas las capas, la resistencia era mucho mayor que cuando las capas ferromagnéticas estaban imantadas en direcciones paralelas. Y estas variaciones eran de hasta un 80%, dependiendo del espesor de la capa no ferromagnética (alrededor de 1 nanometro, 1•10-9metros. Aproximadamente, tres o cuatro átomos de cromo).

Los electrones tienen la propiedad de spin, una especie de momento magnético interno, que se orienta en la dirección un campo magnético externo, o la contraria. En un material no ferromagnético, esta alineación es del 50% en cada caso. Al pasar al material ferromagnético, si el spin coincide con la dirección de la magnetización del material, el electrón sufrirá menos dispersión (interacciones con el material que le desvían de su trayectoria), y tendrá una menor resistencia a atravesarlo. Si la alineación es contraria, ocurrirá lo opuesto: mayor cantidad de interacciones, y mayor resistencia a que el electrón atraviese la lámina ferromagnética.

¿Cómo se aplica esto a un disco duro? Si partimos del sandwich de Fe/Cr/Fe, y entran los electrones por un lado, la mitad tendrá spin en una dirección, y la otra mitad en otra. Si las dos láminas de Fe están alineadas, entonces, la mitad de los electrones atravesará todo el sandwich sin problemas, y la otra mitad se dispersará en alguna de las dos capas. Sin embargo, al invertir el sentido del campo magnético, en la última lámina, todos los electrones (tanto los de un spin, como los del otro) atravesarán en algún momento una de las capas cuyo campo magnético no está alineado con el spin del electrón, y todos sufrirán resistencia a su paso. De esta forma se obtiene finalmente una corriente eléctrica alta (baja resistencia), o una corriente eléctrica baja (alta resistencia), o lo que es lo mismo, 1’s y 0’s, que es con lo que trabajan los ordenadores.
Vía wikipedia. FN=FerroMagnético; NM=No Magnético

Un disco duro, o una memoria, contiene una gran cantidad de pequeñas celdas de estos sandwichs, con las orientaciones de las láminas ferromagnéticas adecuadas para dar los 0’s y 1’s de los bits que forman los bytes.

Así que ya ven. Un fenómeno físico y una aplicación práctica.

Igualito que las pirámides (lo que me iba a ahorrar en electricidad de la nevera), las psicofonías , telepatía (igual nos ahorrábamos un pico en teléfonos), los viajes astrales (tal y como está el petróleo, vendría de perlas), o la adivinación (cuantas catástrofes naturales se quedarían sin víctimas mortales). Y es que a todas esas ocurrencias pseudocientíficas se les podría dar una utilidad tremenda,… si fueran verdad.

8 comentarios:

Ñbrevu dijo...

"Cuantas veces en foros, o comentarios de otros blogs, llega alguien comentando que la ciencia no sirve para nada, sin darse cuenta que el ordenador que está usando es precisamente fruto de esa ciencia."
Qué gran verdad. Y cuanto más se repite, más queda en evidencia el que la suelta. Me ha recordado a otra cita, un poco más maniquea pero no por ello menos cierta, de Martin Gardner:
"La historia, tal y como se enseña en nuestros colegios, es básicamente una historia de «barrenados»: reyes y reinas ridículos, líderes políticos paranoicos, viajeros compulsivos, generales ignorantes - lo peor de las corrientes históricas. Los hombres que alteraron la historia radicalmente, los grandes científicos y matemáticos, son raramente mencionados, si lo son en absoluto."

Manolo_elmas dijo...

Aunque no tenga que ver con la excelente (como siempre) entrada de Julio, estoy de acuerdo con Gardner a través de Ñbrevu. Precisamente acabo de re-ver la película "300" y estaba pensando en cómo la Historia podría haber cambiado (para bien o para mal) si no se hubieran tomado las decisiones en virtud de los oráculos y pitonisos varios. A ellos les debemos alguna parte de lo bueno, pero también casi todo lo malo que nos ha sucedido a la Humanidad.

luis dijo...

"Cuantas veces en foros, o comentarios de otros blogs, llega alguien comentando que la ciencia no sirve para nada, sin darse cuenta que el ordenador que está usando es precisamente fruto de esa ciencia"

¿Podría usted demostrar eso? Que yo sepa nunca he leído semejante cosa ni he oído decirla a nadie. Ponga referencias o algún link donde se lea eso.

Gracias.

Julio dijo...

Luis,
si usted nunca ha leído comentarios acerca de que la medicina oficial no cura nada, o que la ciencia oficial sólo sirve para fabricar bombas atómicas, que la mecánica cuántica no es correcta... es que no frecuenta los foros, ni comentarios. Le recomiendo leer comentarios por Magonia. De vez en cuando aparecen personajes que dicen estas cosas.

luis dijo...

Lo de la "ciencia oficial" típico de newageros no es exactamente lo mismo que usted dijo, pero bueno, me vale.

Saludos

Hugo dijo...

Estimado, excelente explicación sobre GMR, dejé un link con tu explicación en mi blog sobre Recuperación de datos.

Anónimo dijo...

"Un discos duro, y la memoria,"

¿las memorias se fabrican con elementos ferromagnéticos? Las memorias de ferrita ya hace tiempo que no se utilizan. Los chips de memoria actuales tienen su origen en los condensadores parásitos que aparecen junto a la puerta de un transistor CMOS.

Julio dijo...

Hugo, gracias por el enlace :)


Anónimo, las MRAM (RAM Magnetoresistivas) parece que no terminan por asentarse en el mercado. En todo caso, es una aplicación más.