Гігантський магнетоопір: природа явища, історія відкриття, застосування в біології та медицині
DOI:
https://doi.org/10.15407/visn2014.07.045Ключові слова:
гігантський магнетоопір, спінтроніка, Нобелівська премія, спіновий клапан, тунельний магнетоопір, лабораторія-на-чипіАнотація
У статті висвітлено історію відкриття явища гігантського магнетоопору та основні етапи розвитку нового науково-технологічного напряму – спінтроніки. Стисло схарактеризовано конфігурації GMR-систем, серед яких особливо перспективними є спінові клапани, системи магнітного тунельного переходу. Ці конструкції застосовуються, зокрема, в медицині. Так, спінові клапани впроваджуються в клінічну практику як сенсори для діагностики та лікування захворювань, а також відстеження наночастинок в організмі людини. Подальший розвиток спінтроніки пов’язують з оптимізацією систем на основі ефекту тунельного магнетоопору та їх інтеграції з лабораторіями-на-чипі й іншими засобами нанофлюїдики, що сприятиме більшій ефективності діагностичних і терапевтичних медичних заходів.
Посилання
Barash L. Spintronics - the next generation of electronics. [in Russian]. http://ko.com.ua/spintronika_-_jelektronika_sleduyushhego_pokoleniya_11278.
Awschalom D.D., Flatté M.E., Samarth N. Spintronics. Sci. Am. 2002. 286(6): 66–73. http://doi.org/10.1038/scientificamerican0602-66
Djamal M., Ramli S., Yulkifli A. Biosensor based on giant magnetoresistance material. Int. J. E-Health Med. Comm. 2010. 1(3): 1–16.
McCray W.P. From lab to iPod: A story of discovery and commercialization in the post-cold war era. Tech. Cult. 2009. 50: 58–81. http://doi.org/10.1353/tech.0.0222
Day C. Discoverers of giant magnetoresistance win this year’s physics Nobel. Phys. Today. 2007. 60(12): 12–14. http://doi.org/10.1063/1.2825057
Shinjo T. Artificial multilayers and nanomagnetic materials . Proc. Jpn. Acad. Ser. B. Phys. Biol. Sci. 2013. 89(2): 80–96. http://doi.org/10.2183/pjab.89.80
Ornes S. Giant magnetoresistance. Proc. Nat. Acad. Sci. 2013. 110(10): 3710. http://doi.org/10.1073/pnas.1302494110
The discovery of giant magnetoresistance scientific background on the Nobel Prize in physics, 2007. (The Royal Swedish Academy of Sciences, 2007).
Dekhtyaruk L.V. Vísnik Sumskogo Derzhavnogo Uníversitetu. 2007. (2): 120–26. [in Russian].
Pokladok N.T., Grigorchak Í.Í., Popovich D.Í. Nanosistemy, nanomateríaly, nanotekhnologíy. 2008. 6(1): 9–16. [in Ukrainian].
Protsenko Í.Yu., Yavorskiy Ya., Cheshko I.V. Vísnik Sumskogo Derzhavnogo Uníversitetu. 2004. (10): 65–81. [in Ukrainian].
Reig C., Cubells-Beltran M.D., Muñoz D.R. Magnetic field sensors based on giant magnetoresistance (GMR) technology: applications in electrical current sensing. Sensors (Basel). 2009. 9(10): 7919–42. http://doi.org/10.3390/s91007919
Ranchal R., Torija M., Lopez E., Sánchez M.C., Aroca C., Sánchez P. The influence of anisotropy on the magnetoresistance of permalloy-copper-permalloy thin films. Nanotechnology. 2002. 13(3): 392–397. http://doi.org/10.1088/0957-4484/13/3/330
Dalichaouch Y., Singsaas A.L., Putris F., Perry A.R., Czipott P.V. Low-frequency electromagnetic technique for nondestructive evaluation. Proc. SPIE. 2000. 3994: 2–9. http://doi.org/10.1117/12.385014
Dieny B., Speriosu V.S., Metin S., Parkin S.S.P., Gurney B.A., Baumgart P., Wilhoit D.R. Magnetotransport properties of magnetically soft spin-valve structures. J. Appl. Phys. 1991. 69: 4774–79. http://doi.org/10.1063/1.348252
Jander A., Smith C., Schneider R. Magnetoresistive sensors for nondestructive evaluation. Proc. SPIE. 2005. 5770: 1–13. http://doi.org/10.1117/12.601826
Veloso A., Freitas P.P., Wei P., Barradas N.P., Soares J.C., Almeida B., Sousa J.B. Magnetoresistance enhancement in specular, bottom-pinned, Mn83Ir17 spin valves with nano-oxide layers. Appl. Phys. Lett. 2000. 77: 1020–22. http://doi.org/10.1063/1.1288672
Ferreira R., Wisniowski P., Freitas P.P., Langer J., Ocker B., Maas W. Tuning of MgO barrier magnetic tunnel junction bias current for picotesla magnetic field detection. J. Appl. Phys. 2006. 99: 08K706.
Parkin S.S.P., Fontana R.E., Marley A.C. Low-field magnetoresistance in magnetic tunnel junctions prepared by contact masks and lithography: 25% magnetoresistance at 295 K in mega-ohm micron-sized junctions. J. Appl. Phys. 1997. 81: 5521. http://doi.org/10.1063/1.364588
Ziese M., Thornton M.J. Spin Electronics: Lecture Notes in Physics. (Berlin: Springer, 2001). http://doi.org/10.1007/3-540-45258-3
Berkowitz A.E., Mitchell J.R., Carey M.J., Young A.P., Zhang S., Spada F.E., Parker F.T., Hutten A., Thomas G. Giant magnetoresistance in heterogeneous Cu-Co alloys. Phys. Rev. Lett. 1992. 68(25): 3745–48. http://doi.org/10.1103/PhysRevLett.68.3745
Simonov P.V., Tsekhmister Ya.V., Chekman I.S. Ukrainskiy nauchno-meditsinskiy molodezhnyy zhurnal. 2012. (2): 25–29. [in Ukrainian].
Chekman I.S., Simonov P.V. Natural nanostructures and nanomehanizmy. (Kyiv: Zadruga, 2012). [in Ukrainian].
Baselt D.R., Lee G.U., Natesan M., Metzger S.W., Sheehan P.E., Colton R.J. A biosensor based on magnetoresistance technology. Biosens. Bioelectron. 1998. 13(7–8): 731–39. http://doi.org/10.1016/S0956-5663(98)00037-2
Chekman I.S., Simonov P.V. Structure and function of biological membranes: the impact of nanoparticles. Int. J. Phys. Pathophys. 2012. 3(2): 187–208. http://doi.org/10.1615/IntJPhysPathophys.v3.i2.80
Childress J.R., Fontana R.E. Jr. Magnetic recording read head sensor technology. Compt. Rendus Phys. 2005. 6: 997–1012. http://doi.org/10.1016/j.crhy.2005.11.001
Pelegrí J., Ramírez D., Sanchis E., Navarro A.E., Casans S. Giant magnetoresistive sensor in conductance control of switching regulators. IEEE Trans. Magn. 2000. 36: 3578–80. http://doi.org/10.1109/20.908907
Thessler S., Kooistra L., Teye F., Huitu H., Bregt A.K. Geosensors to support crop production: current applications and user requirements. Sensors (Basel). 2011. 11(7): 6656–84. http://doi.org/10.3390/s110706656
Hall D.A., Gaster R.S., Lin T., Osterfeld S.J., Han S., Murmann B., Wang S.X. GMR biosensor arrays: a system perspective. Biosens. Bioelectron. 2010. 25(9): 2051–57. http://doi.org/10.1016/j.bios.2010.01.038
Mujika M., Arana S., Castaño E., Tijero M., Vilares R., Ruano-López J.M., Cruz A., Sainz L., Berganza J. Magnetoresistive immunosensor for the detection of Escherichia coli O157:H7 including a microfluidic network. Biosens. Bioelectron. 2009. 24 (5): 1253–58. http://doi.org/10.1016/j.bios.2008.07.024
Wang S.X., Li G. Advances in giant magnetoresistance biosensors with magnetic nanoparticle tags: Review and outlook. IEEE Trans. Magn. 2008. 44: 1687–702. http://doi.org/10.1109/TMAG.2008.920962
Xu L., Yu H., Han S.J., Osterfeld S,. White R.L., Pourmand N., Wang S.X. Giant Magnetoresistive Sensors for DNA Microarray. IEEE Trans. Magn. 2008. 44(11): 3989–91. http://doi.org/10.1109/TMAG.2008.2002795
Li G., Sun S., Wilson R.J., White R.L., Pourmand N., Wang S.X. Spin valve sensors for ultrasensitive detection of superparamagnetic nanoparticles for biological applications. Sens. Actuators A Phys. 2006. 126(1): 98–106. http://doi.org/10.1016/j.sna.2005.10.001
Schotter J., Kamp P.B., Becker A., Pühler A., Reiss G., Brückl H. Comparison of a prototype magnetoresistive biosensor to standard fluorescent DNA detection. Biosens. Bioelectron. 2004. 19(10): 1149–56. http://doi.org/10.1016/j.bios.2003.11.007
Chemla Y.R., Grossman H.L., Poon Y., McDermott R., Stevens R., Alper M.D., Clarke J. Ultrasensitive magnetic biosensor for homogeneous immunoassay. PNAS. 2000. 97(26): 14268–72. http://doi.org/10.1073/pnas.97.26.14268
Enpuku K., Minotani T., Gima T., Kuroki Y., Itoh Y., Yamashita M., Katakura Y., Kuhara S. Detection of magnetic nanoparticles with superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer and application to immunoassays. J. Appl. Phys. P. 2 (Lett.). 1999. 38: L1102–05.
Pankhurst Q.A., Connolly J., Jones S.K., Dobson J. Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine. J. Phys. D. Appl. Phys. 2003. 36: R167–81. http://doi.org/10.1088/0022-3727/36/13/201
Sun S., Murray C.B., Weller D., Folks L., Moser A. Monodisperse FePt nanoparticles and ferromagnetic FePt nanocrystal superlattices. Science. 2000. 287(5460): 1989–92. http://doi.org/10.1126/science.287.5460.1989
Sun S., Zeng H., Robinson D.B., Raoux S., Rice P.M., Wang S.X., Li G. Monodisperse MFe2O4 (M = Fe, Co, Mn) nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 2004. 126(1): 273–79. http://doi.org/10.1021/ja0380852
Yamada S. High-spatial-resolution magnetic-field measurement by giant magnetoresistance sensor – applications to nondestructive evaluation and biomedical engineering. Int. J. Smart Sens. Intel. Sys. 2008. 1(1): 160–75.
Reiss G., Hütten A. Magnetic nanoparticles: applications beyond data storage. Nat. Mater. 2005. 4(10): 725–26. http://doi.org/10.1038/nmat1494
Chekman І.S. Quantum Pharmacology.(Kyiv: Naukova Dumka, 2012). [in Ukrainian].
