Magnetoresistencia Gigante, curiosidades

A continuación queremos compartir con ustedes una presentación en powerpoint que contiene un resumen acerca de datos relevantes sobre la magnetoresistencia Gigante

magnetoresistencia Gigante

La magneto Resistencia Gigante

¿Qué es magnetorresistencia  gigante?

El descubrimiento del efecto de magnetorresistencia gigante, ya hace ahora  20 años, es un paradigma de lo que ahora se conoce como nanotecnología. Para aclarar este concepto es necesario recordar algo acerca de la grabación magnética, “cuyo objetivo  es poder almacenar la mayor cantidad de información posible en el menor espacio posible”. La miniaturización de los dispositivos creados para el almacenamiento y lectura de la información hacen que nos acerquemos cada día mas a la predicción de Reinan.

Actualmente en los discos duros de nuestro ordenadores se almacenan típicamente 10¹⁰ bit por cada cm² del espacio del disco. Cada bit, es un pequeño espacio del material magnético, cuya imanación puede apuntar en dos direcciones distintas. Una cabeza lectora que vuela 20nm por encima del disco duro, la cual debe de ser capas  de detectar el sentido de la imanación para poder interpretar el bit y efectuarse de este modo la lectura de la información. El elemento principal de la cabeza lectora es un material magneto resistivo.

“Actualmente se usa como material magneto resistivos en esta aplicación multicapas metálicas manométricas hechas de sándwiches de cargas magnéticas (Fe, co,…), separadas por una capa metálica no magnética       

(Cr, Cu,….) y el efecto de magnetorresistencia se producen por la forma diferente en que los electrones sufren colisiones dependiendo  de si todas las capas magnéticas tienen su imanación en la misma dirección entre sí o no.”   (Ciencia en Aragón. Pag 1)

El efecto de maneto resistencia gigante en este tipo de multicapas metálicas tuvo lugar en Orsay (Francia)  en 1988 por el grupo del profesor Albert Fert. y su importancia se puso de manifiesto rápidamente en sensores de posición sin contactos en la industria de la automoción. En esencia, este efecto permite puedas leer la información magnética guardado en el disco duro o soporte magnético con mayor presión y sensibilidad, con lo cual cada día se pueden fabricar unidades magnéticas más pequeñas, y poder lograr lo opuesto por Feynman.

TIPOS DE FENÓMENOS MAGNETOR RESISTENCIA GIGANTES (GMR)

·         Magnetorresistencia gigantes es las multicapas.

En 1997 IBM las utilizo por primera vez en cabezas lectoras de disco duros de ordenador, permitiendo un incremento notable en la densidad de información almacenada magnéticamente que podría ser leída de modo eficiente.

·         Magnetorresistencia de válvula de spin. Consiste en dos materiales  magnéticos manométricos (denominados en este dispositivo electorados magnéticos) separados por una finísima capa manométrica aislante (denominada barrera túnel). Si el campo coercitivo de ambos materiales magnéticos es diferente es posible, conmutarlos independientemente. Se observan experimentalmente que la resistencia puede cambiar más de un 50 %  cuando se pasa de una configuración magnética paralela de la imanación de los electrodos a una configuración antiparalela .

·         Magnetorresistencia gigantesca granular. 

“Es  un fenómeno que se produce en precipados solidos de materiales magnéticos en una matriz no magnética. Es observando únicamente en matrices de colores que contienen gránulos de cobalto. La talla de los gránulos depende de la velocidad de enfriamiento y del recorrido  posterior.

(wikipedia.magnetorresietencia gigante. pag 2-3

La espintrónica

La 'espintrónica' es una ciencia bebé que está creciendo muy sana y es la consecuencia más destacable de la magneto-resistencia gigante, según uno de sus padres, el científico francés Albert Fert, que tiene el premio Nobel de Física 2007 en Estocolmo junto al alemán Peter Grünberg.

La espintrónica experimenta con una nueva generación de dispositivos que aprovechan las propiedades de la física cuantica

La idea de la espintrónica es que podremos usar el espon del electrón en vez de una carga eléctrica para procesar y almacenar cantidades masivas de información en discos, dijo Chris Marrows, físico de la Universidad de Leeds, especialista en la materia.

Aplicaciones

"Desde hace muchos años los cientificos de la IBM comprobaron que pequeñas alteraciones en las resistencias magneticas aumentaban de manera exponencial la capacidad de los discos duros, permitiendo asi, reducir el tamoño de lo aparatos electronicos."  (http://servicios.laverdad.es/cienciaysalud/6_2_44.html)
Estos dispositivos espintronicos deben ser mas rapidos y requerir menos energia que los dispositivos electronicos tradicionales.
En un futuro podremos encontrar memorias magneticas no volatiles basadas en uniones tunel magneticas que utilizan en las memorias para camaras digitales, telefonos moviles, etc.
Otro beneficio que tiene el uso de la espintronica son los semiconductores que manipulan el magnetismo de los electrones, que se utilizan para fabricar microchips que se usan en los ordenadores y en otros dispositivos electronicos.

Segun el nobel de Fert en esta investigacion, se esta favoreciendo al campo de la medicina ya que permite detectar las biomoleculas mediante procesos magneticos.  

¿Qué es la espintronica?

La espintronica es una nueva tecnología que utiliza el electrón y el espín, el cual serviría de mucho para transmitir y almacenar información de datos, y aunque no se utiliza todavía, en un futuro seria una gran aportación para las nuevas tecnologías mas avanzadas.
Esto permitirá que los aparatos eléctricos sean reducidos, los teléfonos celulares evolucionaran mucho y así muchas otras cosas usaran estos dispositivos y la tecnología mejorara.
La palabra espintronica se deriva de los conceptos "espín" y "electrónica" y se conoce también con el nombre de magnetoelectronica.
"Un dispositivo espintronico operaria con electrones polarizados, es decir,que todos ellos poseen el mismo valor de espín y con sistemas capaces de ser sensibles a dicha polarización. Un dispositivo espintronico muy simple usando electrones "espín polarizados" podría permitir la transmisión de un par de señales por un único canal, produciendo una señal diferente para los dos valores posibles, duplicando así el ancho de banda del cable."     (http://servicios.laverdad.es/cienciaysalud/6_2_44.html, 2007)

Descubrimiento de la espintronica

"El descubrimiento de la magnetorresistencia gigante que son un tipo de multicapas metálicas tuvo lugar en Orsay (Francia) en el año 1988 por el profesor Albert Fert, podemos considerar este descubrimiento como el nacimiento de la espintronica.

Después de este descubrimiento se empezó a implementar este material en diferentes formas y esto dio origen a que se siguiera investigando otras aplicaciones donde podría utilizarse la magnetorresistencia.

Se han utilizado otros dispositivos espintronicos como el llamado unión túnel magnética, que consistía en el uso de electrodos magnéticos que estaban separados por una capa delgada nanométrica aislante llamada barrera túnel. 

Este es un efecto mecánico cuántico donde los electrones pasaban por la barrera túnel, que en la energía física clásica era prohibida.

(http://www.aragoninvestiga.org/Espintronica-el-control-del-espín/, 2004)

El experimento del Stern y Gerlach: el descubrimiento del espín del electrón

En el año de 1922 en Fráncfort del Meno, estos dos físicos realizaron un experimento del cual surgió el descubrimiento del espín y el que fue de gran ayuda para las investigaciones relacionadas con la mecánica cuántica.
En este experimento ellos calentaron una sustancia que en presencia de un campo magnético, el momento magnético de sus partículas se alinean con el campo magnético externo, provocando que estos emitieran un haz de átomos hidrogenoides que tenían las misma velocidad en forma rectilínea pegando en el campo magnético. Este ejercía una fuerza sobre el provocando que el electrón empezara a moverse con precisión. Pero si el campo magnético no era homogeneo este provocaba que existiera una fuerza sobre el electrón haciendo que se desviara de su trayectoria.
El numero cuántico del espín magnético va hacer igual a m_s cuyos posibles valores son  ћ/2 y - ћ/2.
A m_s = ћ/2 se le conoce como espín up o espín hacia arriba y a m_s = - ћ/2 se le conoce como espín down o espín hacia abajo, que son las orientaciones que tiene el espín y lo podemos ver en la siguiente figura:

El espin del Electrón

El espin del electrón 

Queremos compartir esta presentación que elaboramos, la cual es un resumen de la teoría relacionada con el Espin del electrón

EL ESPIN: EL EXPERIMENTO EPR Y SUS REPERCUCIONES EN LA SOCIEDAD DEL CONOCIMIENTO

Fragmento de la tesis  “De la física moderna a los nuevos paradigmas educativos”

Autor: Omar Gómez

“las partículas de materia aisladas son abstracciones; la únicas maneras en que podemos definir y observar sus propiedades es a través de la interacción que establecen con otros sistemas” (Niels Bohr)

El descubrimiento de cómo el medio interfiere en las propiedades que presentará el electrón al momento de un experimento, muestra la importancia a nivel subatómico de las relaciones recíprocas partícula-partícula y partícula-entorno, e inclusive partícula-observador. Este hecho fue comprobado en el experimento llamado EPR (Einstein –Podolsky-Rosen), en honor a los científicos que lo llevaron a cabo. El experimento consiste en determinar el “Spin” de los electrones; es decir, la rotación de estos sobre sus propios ejes, hacia la derecha o la izquierda; o hacia arriba o abajo.

Lo interesante del experimento es que se puede comprobar que los electrones no tienen un eje de rotación definido, cada vez que se selecciona un eje de medición se comprueba que el electrón gira bajo ese eje, en una u otra dirección; pero si el eje es cambiado por el observador, el electrón tenderá a girar sobre este nuevo eje. La incertidumbre acerca de la medición del eje de rotación, le dio muchos problemas a la física clásica, acostumbrada a las certezas y al absolutismo de sus leyes y medidas. En otras palabras, mediante el experimento se comprueba que el eje de rotación queda definido durante el proceso de Medición y que la selección del observador interviene directamente en el comportamiento del electrón y su giro.

Otro hecho que se comprueba a partir del experimento es que la dirección del giro del electrón depende de su relación con otro electrón próximo. Los científicos comprobaron que si se ponían a girar dos electrones haciendo que la suma de sus “Spins” sea cero; es decir, cada uno, girando en dirección opuesta al otro, auque se alejaran a los dos electrones en direcciones opuestas, la suma de sus Spins se mantenían a cero. La distancia entre uno y otro electrón en el experimento es macroscópica, es decir, un electrón puede estar en Guatemala y el otro en Tokio, o uno en la tierra y el otro en la luna, y aún así si uno se hace girar a la derecha, el otro lo hará hacia la izquierda o viceversa. Lo paradójico de este hecho es que el eje de medición, como ya se mencionó, es seleccionado por el observador al momento de la medición, siendo increíble el hecho que si en Guatemala el observador elige un eje hacia arriba con una dirección hacia la derecha; el otro electrón ubicado en Tokio girará en dirección contraria. Pero, ¿Cómo pueden comunicarse al mismo tiempo los dos electrones para girar en cierta dirección según la selección arbitraria del observador? ¿Cómo sabe el electrón de Tokio que el observador eligió cierto eje de medición en el electrón ubicado en Guatemala, para girar en dirección contraria?

Este experimento comprueba la importancia, en el mundo subatómico, de las relaciones electrón-electrón, electrón-entorno y electrón-observador; en donde ninguna partícula puede verse como elemento aislado; comprobándose así la naturaleza integrativa de la realidad. Con este experimento se comprueba pues, que a nivel subatómico, las relaciones son una compleja red formada por las interacciones de las partículas en un entorno; en donde ningún elemento puede verse de manera aislada, el todo importa más que las partes mismas, y ya nada es una certeza, sino una realidad probabilística e indivisible.

Otro hecho relevante que se descubrió en el estudio del mundo subatómico lo fue la constatación de que la naturaleza en este micro espacio se comporta de manera dinámica y cambiante todo el tiempo. Cuando una pequeña partícula subatómica, como por ejemplo un electrón, es por la fuerza puesto en un espacio reducido, reaccionará moviéndose velozmente, cuanto más reducido sea el espacio donde sea ubicado, mayor será la velocidad de su movimiento[1]. En el mundo subatómico la mayoría de partículas forman parte de estructuras atómicas microscópicas, confinadas, como en el caso de los protones y neutrones, a un micro espacio como ser el núcleo del átomo, quien a su vez es microscópico[2]. Por lo tanto, toda la materia es poseedora de partículas confinadas a micro espacios, lo que las lleva a una danza permanente a grandes velocidades; indicando que la naturaleza en toda su expresión no es una entidad estática, ni mucho menos, sin vida; hasta una roca que se cree muerta, en su interior se produce una danza microscópica de gran magnitud, que nos lleva a pensar en una realidad dinámica y compleja, cuya danza infinita la protagonizan las relaciones, no los protagonistas, dígase partículas.

En física cuántica, el electrón como elemento aislado no es importante; pierde notoriedad y su estudio se vuelve improductivo; son las relaciones que éste construye las que importan, lo que lo define y lo complementa. por lo que, en el mundo subatómico, las partículas como entes aislados no tienen notoriedad, ni significado; ya que en cuántica, las partículas dejan de ser cosas y se convierten en correlaciones de cosas, y estas correlaciones, son a su vez, correlaciones de otras cosas. A este respecto Capra escribe: “en la teoría cuántica nunca se llega una “cosa”; siempre se trata con correlaciones entre cosas… Es así como la física cuántica revela la unidad básica del universo, demostrando la imposibilidad de dividir el mundo en partes aisladas independientes”[3].

La objetividad, junto a la exactitud, habían sido las características principales de la física desde su constitución como ciencia[4]; la no intervención del observador en un experimento, se convirtió en una regla indispensable de la práctica científica; la objetividad predicaba una ciencia libre de valores; es decir, libre de los prejuicios y opiniones personales de quienes hacen ciencia. El sujeto cognoscente al estar en contacto con el objeto a conocer, debía ver a éste aislando su propia manera de pensar o sentir; esa debía ser la relación objeto sujeto; una relación objetiva, cuya prioridad suprema es el objeto en si mismo.

Sin embargo, el experimento EPR demostró que un aspecto crucial en el mundo subatómico lo es el sujeto observador. El Spin o giro del electrón, como ya se mencionó, depende del eje de referencia que ha seleccionado el observador; y esto más; el segundo electrón interpretara dicho eje de referencia como suyo también. Así, en física cuántica el observador no sólo es necesario para apreciar las propiedades de los fenómenos en el mundo subatómico; sino también para provocar la aparición de dichas propiedades.

De esta forma, el papel del observador se convierte en parte fundamental, traspasando la objetividad impuesta por la física newtoniana: al respecto Capra escribe en su obra:

“Por ejemplo, mi decisión consciente sobre la manera de observar un electrón determinará hasta cierto punto las propiedades de este electrón. Si le hago una pregunta considerándolo como partícula, me responderá como partícula; si, en cambio, le hago una pregunta considerándolo una onda, me responderá como onda. El electrón no tiene propiedades objetivas que no dependen de mi mente. En física atómica es imposible mantener la distinción cartesiana entre la mente y la materia, entre el observador y lo observado. No se puede hablar de la naturaleza sin hablar, al mismo tiempo, sobre uno mismo”[5].

La física cuántica, por lo tanto, rompe el ideal clásico de una descripción objetiva de la naturaleza, en donde el observador no puede intervenir con su sistema de valores en las teorías y conclusiones. El viejo dogma de una ciencia libre de valores queda invalidado con los experimentos cuánticos ¿Interesante, no? Desde una ciencia dura, objetiva y exacta como la física, surge una nueva forma de hacer ciencia, en donde los constructos subjetivos, los cuales eran vetados y eliminados de forma radical, retoman la  validez perdida, llevando a la ciencia a un nuevo escenario; en donde los significados, creencias, valores y estados subjetivos, adquieren protagonismo; dándole a la ciencia una nueva orientación, de emancipadora y no solo de una simple observadora aséptica de la realidad[6].

Si bien, las profundas investigaciones que realizan los cientificos están separadas de sus sistemas de valores, el paradigma dentro de la cual éstas se llevan a cabo, jamás estará libre de valores. Es decir, las conclusiones que los científicos sacan acerca de sus observaciones en la realidad, están íntimamente relacionadas con sus ideas, conceptos, modelos de pensamiento y por ende, con su sistema de valores. No se puede separar al observador de lo observado; en física cuántica, ambos establecen una relación, la cual es más importante, que los protagonistas de la misma.

De esta forma, desde una ciencia dura como la física, se replantea la forma de hacer ciencia, y con ello, emerge un nuevo paradigma, una nueva visión del mundo. El mundo subatómico demostró que la realidad no se puede reducir a partes constituyentes; no existen cosas, sino relaciones de cosas, o como bien dice Capra: no existen danzantes, solo la danza.

Esta nueva visión del mundo invita a explorar nuevamente lo subjetivo, el pensamiento intuitivo; es decir, invita a recordarnos que somos razón pero también espíritu. Como en la filosofía china, en el mundo subatómico, la realidad se convierte en un todo complejo y dinámico, cuyo equilibrio depende de las relaciones entre las partes constituyentes; ya no se puede hablar de “ellos”, mucho menos de “yo”; solo existe el nosotros. “todos” somos un complemento de los “otros”; en física cuántica hablar de un ente aislado nos lleva a hablar de sus relaciones con “otro”, “con otros”, “consigo mismo”, “con el entorno” e incluso con el observador.

---

[1] Capra, Fridtjof. El tao de la Física, Editorial Integral. Barcelona España, 1980. Pág. 192

[2] Estructura atómica  (2000). Enciclopedia interactiva de los conocimientos. (Vol. 3, Pág. 884). Barcelona: Océano Grupo Editorial.

[3] CAPRA Fridtjof. El Punto Crucial. Editorial Integral. Barcelona España, 1985. Pág. 88

[4] Tippens, Paul. Física, conceptos y aplicaciones. Editorial McGraw-Hill. México, 2001. Pág. 723

[5] CAPRA Fridtjof. El Punto Crucial. Editorial Integral. Barcelona España, 1985. Pág. 95

[6] Tobar, Anneliza. Ensayo sobre Pobreza, salud mental y Psicología. FLACSO. Guatemala, 2007