Què és un magnetorresistor?
Definició: Quan la resistència de certs metall i materials semiconductors canvia en presència d'un camp magnètic, aquest fenomen es coneix com l'efecte magnetorresistiu. Les components que mostren aquest efecte s'anomenen magnetorresistors. En termes simples, un magnetorresistor és un tipus de resistor la valor de la resistència del qual fluctua amb la intensitat i la direcció d'un camp magnètic extern.
Els magnetorresistors tenen un paper crucial en detectar la presència d'un camp magnètic, mesurar la seva intensitat i determinar la direcció de la força magnètica. Normalment es fabriquen a partir de materials semiconductors com l'antimoni d'indi o l'arseni d'indi, que posseeixen propietats elèctriques úniques que els fan altament sensibles als camps magnètics.
Principi de funcionament del magnetorresistor
El funcionament d'un magnetorresistor es basa en el principi de l'electrodinàmica. Segons aquest principi, la força que actua sobre un conductor portador de corrent en un camp magnètic pot canviar la direcció de la corrent. Quan no hi ha cap camp magnètic, els portadors de càrrega en el magnetorresistor es mouen seguint una trajectòria recta.
No obstant això, en presència d'un camp magnètic, la direcció de la corrent canvia i flueix en la direcció oposada. La trajectòria sinuosa de la corrent augmenta la mobilitat dels portadors de càrrega, el que provoca col·lisions. Aquestes col·lisions resulten en la pèrdua d'energia en forma de calor, i aquesta calor provoca un increment de la resistència del magnetorresistor. Només una magnitud molt petita de corrent flueix en el magnetorresistor degut a la presència d'un nombre limitat d'electrons lliures.
La desviació dels electrons en un magnetorresistor depèn de la seva mobilitat. La mobilitat dels portadors de càrrega en materials semiconductors és més alta en comparació amb els metalls. Per exemple, la mobilitat de l'arseni d'indi o l'antimoni d'indi és aproximadament 2,4 m²/Vs.
Característiques del magnetorresistor
La sensibilitat d'un magnetorresistor depèn de la intensitat del camp magnètic. La corba característica d'un magnetorresistor es mostra en la figura següent.
En l'absència d'un camp magnètic, la magnetització de l'element del magnetorresistor és zero. Com el camp magnètic comença a augmentar lleugerament, la resistència del material s'aproxima al valor corresponent al punt b. La presència del camp magnètic fa que l'element del magnetorresistor giri un angle de 45º.
Amb un increment addicional de la intensitat del camp magnètic, la corba arriba a un punt de saturació, denotat pel punt C. L'element magnetorresistiu opera normalment en l'estat inicial (punt O) o proper al punt b. Quan opera al punt b, presenta una característica lineal.
Tips de magnetorresistors
Els magnetorresistors es poden classificar en tres tipus principals:
Magnetorresistència gigant (GMR)
En l'efecte de Magnetorresistència Gigant, la resistència del magnetorresistor es redueix significativament quan les seves capes ferromagnètiques estan alineades paral·lelament. En canvi, quan aquestes capes estan en una alineació antiparal·lela, la resistència augmenta dràsticament. La configuració estructural d'un dispositiu GMR es mostra en la figura següent.
Magnetorresistència extraordinària (EMR)
En el cas de la Magnetorresistència Extraordinària, la resistència del metall mostra un comportament distintiu. En l'absència d'un camp magnètic, la resistència és relativament alta. No obstant això, quan s'aplica un camp magnètic, la resistència disminueix significativament, demostrant un canvi notable en les propietats elèctriques en resposta a la influència magnètica.
Magnetorresistor de tunel (TMR)
En un Magnetorresistor de Tunel, la conducció de la corrent ocorre d'una manera única. La corrent travessa d'un electròd ferromagnètic, passant a través d'una capa aïllant. La quantitat de corrent que es tunel·la a través d'aquesta barrera aïllant depèn molt de l'orientació relativa de la magnetització en els electrods ferromagnètics. Diferents direccions de magnetització poden portar a variacions significatives en la magnitud de la corrent de tunel, fent que aquesta propietat sigui crucial per a diverses aplicacions que depenen del control precís i la detecció d'estats magnètics.
Una corrent relativament gran fluirà quan les direccions de magnetització dels electrods siguin paral·leles entre si. En canvi, una disposició antiparal·lela de les direccions de magnetització augmenta significativament la resistència entre les capes.
