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.

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.