Grundlagen der XMR- Effekte

Die Entdeckung des "anisotropen magnetoresistiven Effektes"(AMR) (1857 durch Thomson) konnte erst über 100 Jahre später in die erste technische Anwendungen einfließen. Dabei handelte es sich um die Leseeinheit in Bubblespeichern Ende der 60er Jahre. Um 1980 wurde mit der Entwicklung der ersten AMR- Sensoren begonnen.
Durch die Entdeckung des GMR-Effektes 1988 durch Grünberg und Fert wurde eine Entwicklung eingeleitet, die zur Entdeckung oder Wiederentdeckung weiterer magnetoresistiver Effekte führte. Durch eine ganze Reihe von Förderprojekten in vielen Ländern wird versucht, diese Effekte in neuen Sensoren anzuwenden. Alle genannten Effekte werden unter dem Sammelbegriff XMR zusammengefasst.

Magnetowiderstandseffekt in nichtmagnetischen Stoffen (MR-Effekt)

MR-Effekt
Der magnetoresistive Effekt tritt in allen leitfähigen Materialien auf. Der elektrische Widerstand vergrößert sich beim Anlegen eines Magnetfeldes. Der Grund dafür ist die Ablenkung der Ladungsträger aus ihrer geradlinigen Bewegung, was zu einer Bahnverlängerung führt. Dieser Effekt erreicht in gut leitfähigen Materialien wie Kupfer aber erst bei großen Feldstärken verwertbare Widerstandsänderungen. Den größten Widerstandshub aller Metalle hat Wismut. In speziellen Halbleitermaterialien unter der Bezeichnung "Feldplatte" sind Widerstandsänderungen über 100% erreichbar.

EMR-Effekt
Der Extraordinary MagnetoResistance Effekt tritt in inhomogenen Halbleiterstrukturen auf.
Er ist erst relativ kurze Zeit bekannt.

Magnetowiderstandseffekte in magnetischen Stoffen (XMR-Effekte)

AMR-Effekt
Der anisotrope magnetoresistive Effekt (1857 Thomson) tritt in ferromagnetischen Materialien auf. Deren spezifischer Widerstand ist parallel zur Magnetisierung einige Prozent größer als senkrecht dazu. In dünnen Schichten aus diesen Materialien ist die Magnetisierung leicht drehbar, so daß damit Sensoren realisiert werden können.

GMR-Effekt
Der giant magnetoresistive Effekt tritt in Schichtsystemen mit mindestens 2 ferromagnetischen Schichten und einer nichtmagnetischen, metallischen Zwischenschicht auf. Stehen in diesen Schichten die Magnetisierungen antiparallel, so ist der Widerstand größer als bei bei paralleler Magnetisierung. Dieser Unterschied kann bis zu 50 Prozent betragen. Diese hohe Prozentsatz führte zum Namen "Giant".

TMR-Effekt
Der tunnel magnetoresistive Effekt tritt in Schichtsystemen mit mindestens 2 ferromagnetischen Schichten und einer dünnen Isolationsschicht auf. Der Tunnelwiderstand zwischen den beiden Schichten ist genau wie beim GMR-Effekt vom Winkel der beiden Magnetisierungsrichtungen zueinander abhhängig.

CMR-Effekt
Der collosale magnetoresistive Effekt ist ein Volumeneffekt und tritt vor allem in perowskitischen Materialien auf. Bei Temperaturen in der Nähe ihrer Übergangstemperatur vom metallischen zum halbleitenden Verhalten wurden Widerstandveränderungen von weit über 100 Prozent beobachtet. Jedoch bisher nur bei Materialien, deren Übergangstemperatur unter 100° K liegt.

GMI-Effekt
Der giant magnetic induktance Effekt tritt vor allem an Drähten auf, die eine Oberflächenschicht aus einen Magnetmaterial haben. Diese Schicht muß eine Magnetisierung ringförmig um den Draht haben. Durch Magnetfelder in Drahtlängsrichtung wird diese in Drahtrichtung gedreht. Dabei ändert sich der Widerstand des Drahtes besonders bei hohen Frequenzen, da durch die Magnetschicht der Skineffekt beeinflusst wird.
In ebenen magnetischen Doppelschichten ist dieser Effekt auch zu beobachten, wenn auch in wesentlich geringerem Maße.