Speichermodul

Magnetischer Tunnelwiderstand

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Ein Magnetischer Tunnelwiderstand (engl. Tunneling Magneto Resistance Abk: TMR) ist ein elektronisches Bauelement auf Basis der Magnetoelektronik, der auf einem magnetoresistiven Effekt beruht.

Ein TMR besteht aus zwei Schichten ferromagnetischen Materials, die durch eine dünne Schicht nichtmagnetischen Isolators getrennt sind, durch die die Elektronen hindurchtunneln, d. h. quantenmechanisch unscharf durchqueren, können.

Mit Hilfe eines äußeren Magnetfeldes kann die Richtung des Spins der magnetischen Lagen unabhängig voneinander gesteuert werden. Wenn die magnetischen Schichten gleich ausgerichtet sind, ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Elektron durch die Isolatorschicht zwischen ihnen tunnelt, größer (und damit der elektrische Widerstand kleiner) als bei nicht paralleler Ausrichtung.

Die Zelle kann so zwischen zwei unterschiedlichen Widerstandszuständen – binär also 0 und 1 – hin und her geschaltet werden.

Auf der Basis des TMR-Effekts werden Leseköpfe in Festplatten-Laufwerken und ein neuartiger nichtflüchtiger Datenspeicher, der so genannte MRAM, entwickelt.

Entdeckt wurde der Effekt schon 1975 bei Temperaturen von 4,2 K von Juilliere in Frankreich (Universität Rennes), erregte aber wenig Aufmerksamkeit, da die relative Widerstandsänderung bei Raumtemperatur unter 1 % war. 1991 fand Terunobu Miyazaki, der sich seit Mitte der 1980er Jahre mit magnetoresistiven Effekten befasste, in Japan einen Effekt von 2,7% bei Raumtemperatur und wenig später 1994 einen "Riesen-TMR-Effekt" von 18% bei Raumtemperatur (Eisenschichten getrennt durch Aluminiumoxid-Isolator). Heute (2007) werden Effekte bis 50% erreicht bei Raumtemperatur, bei 4,2 K sogar 77 %.

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