Definição: Quando a resistência de certos metais e materiais semicondutores muda na presença de um campo magnético, esse fenômeno é referido como efeito magnetorresistivo. Os componentes que exibem esse efeito são chamados de magnetorresistores. De maneira simplificada, um magnetorresistor é um tipo de resistor cujo valor de resistência flutua com a intensidade e a direção de um campo magnético externo.
Os magnetorresistores desempenham um papel crucial na detecção da presença de um campo magnético, na medição de sua intensidade e na determinação da direção da força magnética. Eles são tipicamente fabricados a partir de materiais semicondutores, como antimônio de índio ou arsênio de índio, que possuem propriedades elétricas únicas que os tornam altamente sensíveis a campos magnéticos.
Princípio de Funcionamento do Magnetorresistor
O funcionamento de um magnetorresistor baseia-se no princípio da eletrodinâmica. De acordo com este princípio, a força atuando em um condutor portador de corrente em um campo magnético pode mudar a direção da corrente. Na ausência de um campo magnético, as partículas carregadas no magnetorresistor se movem ao longo de um caminho reto.
No entanto, na presença de um campo magnético, a direção da corrente muda e flui na direção oposta. O caminho sinuoso da corrente aumenta a mobilidade das partículas carregadas, o que leva a colisões. Essas colisões resultam na perda de energia na forma de calor, e esse calor causa um aumento na resistência do magnetorresistor. Apenas uma magnitude muito pequena de corrente flui no magnetorresistor devido à presença de um número limitado de elétrons livres.
A deflexão dos elétrons em um magnetorresistor depende de sua mobilidade. A mobilidade das partículas carregadas em materiais semicondutores é maior em comparação com a dos metais. Por exemplo, a mobilidade do arsênio de índio ou do antimônio de índio é aproximadamente 2,4 m²/Vs.
Características do Magnetorresistor
A sensibilidade de um magnetorresistor depende da intensidade do campo magnético. A curva característica de um magnetorresistor é mostrada na figura abaixo.
Na ausência de um campo magnético, a magnetização do elemento do magnetorresistor é zero. Conforme o campo magnético começa a aumentar ligeiramente, a resistência do material aproxima-se do valor correspondente ao ponto b. A presença do campo magnético faz com que o elemento do magnetorresistor gire por um ângulo de 45º.
Com um aumento adicional na intensidade do campo magnético, a curva atinge um ponto de saturação, denotado pelo ponto C. O elemento magnetorresistivo geralmente opera no estado inicial (ponto O) ou próximo ao ponto b. Quando operando no ponto b, ele exibe uma característica linear.
Tipos de Magnetorresistores
Os magnetorresistores podem ser categorizados em três tipos principais:
Magnetorresistência Gigante (GMR)
No efeito de Magnetorresistência Gigante, a resistência do magnetorresistor diminui significativamente quando suas camadas ferromagnéticas estão alinhadas paralelamente. Por outro lado, quando essas camadas estão em alinhamento antiparalelo, a resistência aumenta dramaticamente. A configuração estrutural de um dispositivo GMR é ilustrada na figura abaixo.
Magnetorresistência Extraordinária (EMR)
No caso da Magnetorresistência Extraordinária, a resistência do metal apresenta um comportamento distinto. Na ausência de um campo magnético, a resistência é relativamente alta. No entanto, quando um campo magnético é aplicado, a resistência cai significativamente, demonstrando uma mudança notável nas propriedades elétricas em resposta à influência magnética.
Magnetorresistor de Túnel (TMR)
Em um Magnetorresistor de Túnel, a condução da corrente ocorre de uma maneira única. A corrente atravessa de um eletrodo ferromagnético, passando por uma camada isolante. A quantidade de corrente que tunela através dessa barreira isolante é altamente dependente da orientação relativa da magnetização nos eletrodos ferromagnéticos. Diferentes direções de magnetização podem levar a variações significativas na magnitude da corrente de túnel, tornando essa propriedade crucial para várias aplicações que dependem do controle e detecção precisos de estados magnéticos.
Uma corrente relativamente grande fluirá quando as direções de magnetização dos eletrodos estiverem paralelas entre si. Por outro lado, um arranjo antiparalelo das direções de magnetização aumenta significativamente a resistência entre as camadas.
