Spin des électrons
Lorsqu'un courant de charges traverse deux couches de ferromagnétique, il se produit un effet important lié à la différence de résistivité des spins, suivant l'orientation relative de l'aimantation entre les deux couches.
Considérons un multicouche composé d’une couche de métal non ferromagnétique (NM) prise en sandwich entre deux couches ferromagnétiques (FM1 et FM2). Les aimantations des deux couches ferromagnétiques sont saturées et orientées dans la même direction.
C'est la configuration parallèle :
Modèle de résistance à droite.
Les électrons majoritaires, de spin dans le même sens que l'aimantation, traversent plus facilement les deux couches FM1 et FM2. La résistance de l'ensemble vaut :
Considérons à présent la configuration antiparallèle, où les aimantations sont opposées :
Cette fois, la situation est symétrique et on obtient :
On constate une nette différence entre les deux cas :
On définit la magnétorésistance MR :
qui donnera en pourcentage la variation de résistance entre les deux cas.
En 1988, la première mesure à 4.2K fut 80%, puis plus tard plus de 1000%, une valeur énorme, d'où le nom, magnétorésistance géante. On a obtenu le même effet à température ambiante avec des valeurs de 500%, en remplaçant la couche non magnétique par un isolant suffisamment mince pour le traverser par effet tunnel (Magnetic Tunnel Junction MTJ) et on appelle parfois l'effet TMR pour Tunnel MagnetoResistance.
C'est qui a permis d'améliorer considérablement les têtes de lecture des disques durs, vous pouvez remercier Albert Fert qui a reçu le Nobel pour cette découverte.
On devine un lien entre le spin de l'électron et sa trajectoire, ici dans un ferromagnétique : il existe des couplages.