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Vediamo
ora piu' in dettaglio su cosa si basa l'effetto magnetoresistivo.
In un materiale magnetoresistivo (ad esempio FeNi)
la velocita' di movimento degli elettroni di conduzione varia
a seconda che la loro direzione sia o meno parallela all'orientazione
magnetica del substrato (effetto magnetoresistivo).
Piu' precisamente, nel caso gli elettroni si muovano nella
stessa direzione della polarizzazione magnetica la loro velocita'
e' minima, e quindi la resistenza che viene misurata e' massima.
Questo fenomeno costituisce la base del sistema di lettura
dei dati archiviati sulla superficie del piatto di un hard
disk: a seconda del verso della magnetizzazione che caratterizza
l'area sulla quale staziona l'elemento sensibile, la resistenza
sara' alta o bassa e l'elemento di informazione verra' interpretato
come 1 o come 0.
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Schema
di una moderna testina magnetoresistiva.
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Due
strati protettivi isolano il sensore magnetoresistivo dai
campi magnetici adiacenti, in modo da evitare disturbi in
fase di lettura. Uno dei due strati possiede anche la funzione
di polo magnetico dell'elemento di scrittura. La soluzione
piu' comunemente adottata nella realizzazione delle testine
di lettura-scrittura consiste infatti nell'utilizzare due
dispositivi di lettura-scrittura distinti, che pero' condividono
gli stessi strati di materiale. Questo comporta dei notevoli
vantaggi in fase di realizzazione, in quanto e' possibile
ottenere un'integrazione piu' spinta mantenendo comunque una
funzionalita' ottimale di entrambi gli elementi.
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L'elemento
magnetoresistivo (lettura) e quello magnetoinduttivo
(scrittura) sono distinti, ma utilizzano gli stessi
layer di materiale.
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Il
sensore magnetoresistivo e' collegato a due contatti ohmici
che hanno lo scopo di condurre la corrente di polarizzazione
e di monitorare la resistenza del dispositivo. Quest'ultimo
viene polarizzato con una corrente costante, e la variazione
di resistenza viene rilevata come una variazione di potenziale
elettrico, opportunamente amplificata. La realizzazione pratica
degli elementi magnetoresistivi prevede, oltre al layer
sensibile in NiFe, la presenza di uno strato a bassa
coercitivita' (Soft Adiacent Layer), separato da un film di
materiale ad alta resistenza elettrica:
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Schema
di un sensore magnetoresistivo a tecnologia SAL (Soft
Adiacent Layer). La corrente di polarizzazione (bias)
misura costantemente la resistenza dello strato attivo.
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L'utilizzo
della tecnica SAL consente una linearizzazione della
curva di calibrazione del sensore magnetoresistivo.
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Questo
accorgimento ha lo scopo di linearizzare la curva di calibrazione
del sensore (altrimenti molto lontana dall' idealita') facendo
in modo che il campo magnetico prodotto dalla corrente di
polarizzazione per effetto magnetoinduttivo vada a saturare
il SAL, determinando una rotazione della polarizzazione magnetica.
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Curva
di calibrazione di un sensore magnetoresistivo, caratterizzata
da un andamento simmetrico rispetto all'orientazione
del campo magnetico applicato.
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Un
campo magnetico fisso, inoltre, viene applicato costantemente
in direzione longitudinale da un'ulteriore strato (hard bias
layer) al fine di stabilire un dominio magnetico unico nell'elemento
sensibile (polarizzazione orizzontale). Senza
scendere nei particolari, questo accorgimento ha lo scopo
di ridurre il rumore magnetico e permettere quindi una lettura
piu' "nitida". La polarizzazione magnetica del sensore
variera' dunque la sua direzione da parallela a perpendicolare
alla superficie del disco a seconda che su quest'ultimo sia
presente o meno un campo magnetico trasversale (ovvero che
il bit di informazione dell'elemento di superficie del disco
a contatto con il sensore sia settato a 1 o a 0): se
non viene applicato nessun campo magnetico trasversale, l'orientazione
magnetica dell'elemento sensibile e' parallela alla superficie
del disco e al flusso degli elettroni; come si e' visto, in
questa situazione la resistenza del materiale e' massima.
Un campo magnetico trasversale al contrario e' in grado di
cambiare l'orientazione della polarizzazione determinando
un abbassamento della resistenza.
Occorre
tenere presente che la sensibilita' degli elementi magnetoresistivi
e' molto bassa (2% circa del segnale), impedendo, di fatto,
la riduzione delle dimensioni delle testine oltre un certo
limite, pena la diminuzione eccessiva del rapporto segnale/rumore.
Cio' ha portato alla ricerca di soluzioni alternative ancora
prima che le testine magnetoresistive (che oggi costituiscono
lo standard "de facto") facessero la loro comparsa
sul mercato.
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