De eilanden van magnetisch metaal met nanometrische afmetingen die sporadisch tussen vacuümopeningen worden verspreid, vertonen unieke geleidende eigenschappen onder een magnetisch veld. In een recente studie gepubliceerd in EPJ Plus , Anatoliy Chornous van de Sumy State University in Oekraïne en collega's ontdekten dat de vacuümopeningen de directe magnetische uitlijning tussen de aangrenzende eilanden belemmeren - die afhankelijk is van het externe magnetische veld - terwijl elektronentunneling ertussen mogelijk is. Dergelijk extern gecontroleerd geleidend gedrag opent de deur voor toepassingen in elektronica met magnetische veldsensoren - die worden gebruikt om gegevens op harde schijven te lezen - biosensoren en micro-elektromechanische systemen (MEMS), evenals in spintronica met magnetische apparaten die worden gebruikt om de geheugendichtheid te vergroten.

Op de kwantumschaal, materialen die worden gekenmerkt door dunnefilmstructuren die zijn samengesteld uit afwisselende magnetische en niet-magnetische lagen, gedragen zich op een manier die het zogenaamde gigantische magnetoweerstandseffect (GMR) produceert. Deze ontdekking leverde Albert Fert en Peter Grünberg in 2007 de Nobelprijs voor de Natuurkunde op. In dit onderzoek, de auteurs bestudeerden kobalteilanden tussen 5 nanometer (nm) en 25 nm, evenals ijzereilanden tussen 10 nm en 30 nm.

Ze ontdekten dat de maximale waarden van de elektrische geleidbaarheid onder een extern magnetisch veld worden verkregen wanneer de eilanden een breedte hebben tussen 3 nm en 5 nm, met vacuümbarrières tussen 1 nm en 3 nm ertussen. Echter, ze merkten ook op dat het tunnelen van elektronen tussen de eilanden afhangt van de relatieve oriëntatie van de magnetisatierichting in de aangrenzende eilanden en van het externe magnetische veld.

In aanvulling, ze hebben vastgesteld dat de elektrische geleidbaarheid maximaal is wanneer de magnetische momenten in de aangrenzende korrels parallel zijn georiënteerd, wat leidt tot het tunnelmagnetoweerstandseffect (TMR). De waarde van de tunnelmagnetische weerstand hangt in wezen af ​​van de interface-eigenschappen van het isolatiemateriaal tussen die eilanden.