Definición: Cuando la resistencia de ciertos metales y materiales semiconductores cambia en presencia de un campo magnético, este fenómeno se conoce como efecto magnetorresistivo. Los componentes que exhiben este efecto se llaman magnetorresistores. En resumen, un magnetorresistor es un tipo de resistor cuyo valor de resistencia fluctúa con la intensidad y dirección de un campo magnético externo.
Los magnetorresistores desempeñan un papel crucial en la detección de la presencia de un campo magnético, la medición de su intensidad y la determinación de la dirección de la fuerza magnética. Generalmente se fabrican a partir de materiales semiconductores como el antimonio de indio o el arsénico de indio, que poseen propiedades eléctricas únicas que los hacen altamente sensibles a los campos magnéticos.
Principio de funcionamiento del magnetorresistor
El funcionamiento de un magnetorresistor se basa en el principio de electrodinámica. Según este principio, la fuerza que actúa sobre un conductor portador de corriente en un campo magnético puede cambiar la dirección de la corriente. Cuando no hay campo magnético, los portadores de carga en el magnetorresistor se mueven a lo largo de una trayectoria recta.
Sin embargo, en presencia de un campo magnético, la dirección de la corriente cambia y fluye en la dirección opuesta. La trayectoria sinuosa de la corriente aumenta la movilidad de los portadores de carga, lo que lleva a colisiones. Estas colisiones resultan en la pérdida de energía en forma de calor, y este calor provoca un aumento en la resistencia del magnetorresistor. Solo una magnitud muy pequeña de corriente fluye en el magnetorresistor debido a la presencia de un número limitado de electrones libres.
La desviación de los electrones en un magnetorresistor depende de su movilidad. La movilidad de los portadores de carga en materiales semiconductores es mayor en comparación con la de los metales. Por ejemplo, la movilidad del arsénico de indio o el antimonio de indio es aproximadamente 2.4 m²/Vs.
Características del magnetorresistor
La sensibilidad de un magnetorresistor depende de la intensidad del campo magnético. La curva característica de un magnetorresistor se muestra en la figura siguiente.
En ausencia de un campo magnético, la magnetización del elemento magnetorresistivo es cero. A medida que el campo magnético comienza a aumentar ligeramente, la resistencia del material se acerca al valor correspondiente al punto b. La presencia del campo magnético hace que el elemento magnetorresistivo gire por un ángulo de 45º.
Con un aumento adicional en la intensidad del campo magnético, la curva alcanza un punto de saturación, denotado por el punto C. El elemento magnetorresistivo generalmente opera ya sea en el estado inicial (punto O) o cerca del punto b. Cuando opera en el punto b, exhibe una característica lineal.
Tipos de magnetorresistores
Los magnetorresistores se pueden categorizar en tres tipos principales:
Magnetorresistencia gigante (GMR)
En el efecto de Magnetorresistencia Gigante, la resistencia del magnetorresistor se reduce significativamente cuando sus capas ferromagnéticas están alineadas paralelamente entre sí. Por el contrario, cuando estas capas están en una alineación antiparalela, la resistencia aumenta dramáticamente. La configuración estructural de un dispositivo GMR se ilustra en la figura siguiente.
Magnetorresistencia extraordinaria (EMR)
En el caso de la Magnetorresistencia Extraordinaria, la resistencia del metal muestra un comportamiento distinto. En ausencia de un campo magnético, la resistencia es relativamente alta. Sin embargo, cuando se aplica un campo magnético, la resistencia disminuye significativamente, demostrando un notable cambio en las propiedades eléctricas en respuesta a la influencia magnética.
Magnetorresistor de túnel (TMR)
En un Magnetorresistor de Túnel, la conducción de la corriente ocurre de una manera única. La corriente atraviesa desde un electrodo ferromagnético, pasando a través de una capa aislante. La cantidad de corriente que atraviesa esta barrera aislante depende en gran medida de la orientación relativa de la magnetización en los electrodos ferromagnéticos. Diferentes direcciones de magnetización pueden llevar a variaciones significativas en la magnitud de la corriente de túnel, lo que hace que esta propiedad sea crucial para diversas aplicaciones que dependen del control y la detección precisos de los estados magnéticos.
Fluirá una corriente relativamente grande cuando las direcciones de magnetización de los electrodos sean paralelas entre sí. Por el contrario, una disposición antiparalela de las direcciones de magnetización aumenta significativamente la resistencia entre las capas.
