Der GMR-Effekt: Eine Exkursion zum Forschungszentrum Jülich
Am Dienstag, dem 16.01.2014, machten sich die 15 Schülerinnen und Schüler des LK PH Q1 unter Leitung von Herrn Holländer auf den Weg in das Jülicher Schülerlabor „JuLab“, um dort einen praktischen Einblick zum Thema „GMR-Effekt“ zu bekommen. Dabei wurde der Kurs von einem Team des „JuLab“ angeleitet, um den Weg von der Entdeckung des GMR-Effektes durch Prof. Peter Grünberg bis hin zum verliehenen Nobelpreis im Jahre 2007 nachvollziehen zu können. Vorab und zur Vorbereitung hatten wir im Unterricht ein einleitendes Referat zum Thema gehört.
„GMR“ ist die Abkürzung für Giant-Magneto-Resistance (deutsch: Riesenmagnetwiderstand) und findet heute beim Bau konventioneller Festplatten seine Anwendung.
Erkenntnisgewinn durch intensive Kleingruppenarbeit
Am Vormittag beschäftigten wir uns hauptsächlich mit den Grundlagen zum GMR-Effekt und der Frage: „Was ist der GMR-Effekt?“. Der Effekt beschreibt das Verhalten der Widerstände bei zwei stromdurchflossenen Magneten, die parallel zueinander angeordnet sind. Hier wird zwischen zwei Fällen unterschieden: Im ersten Fall liegen jedoch die beiden Nordpole und die beiden Südpole gegenüber und es ist ein kleiner Widerstand messbar, während im zweiten Fall der Nordpol des ersten Magneten neben dem Südpol des zweiten liegt und hierbei ein sehr großer Widerstand zu verzeichnen ist. Diese Erkenntnis erarbeiteten wir in Arbeitsgruppen von jeweils drei Schülern, indem wir veranschaulichende Experimente durchführten und das zugehörige Begleitheft ausfüllten.
Nach einer mittäglichen Stärkung in der Mensa des Forschungszentrums wurden die Ergebnisse des Vormittags reproduziert und im nächsten Schritt die Anwendung des Effektes in Festplatten erläutert. Eine Festplatte enthält einen Sensor, der die hinterlegten Informationen ausliest, die als Binärcode (eine Folge von Einsen und Nullen) dort hinterlegt sind. Dieser Sensor nutzt nun den Unterschied zwischen den Widerständen aus den oben genannten Fällen. Das heißt, dass der Sensor einen kleinen Widerstand als 0 und einen großen als 1 interpretiert und so die gewünschte Information ausgegeben werden kann. Außerdem kann der Sensor aufgrund des großen Unterschieds der Widerstände sehr präzise arbeiten und es ist möglich, immer mehr Informationen auf immer weniger Raum zu speichern. Diese Entwicklung stößt aber in naher Zukunft an ihre Grenzen. Deshalb forschen die Physiker am Peter-Grünberg-Institut schon heute an Weiterführungen des GMR-Effekts.
Zum Abschluss des Tages erhielten wir die Möglichkeit, das Peter-Grünberg-Institut zu besuchen und dort eine der führenden Physikerinnen auf diesem Gebiet zu treffen. Sie stellte ihren Arbeitsplatz vor, gab einen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet und zugleich einen Ausblick auf die nahe Zukunft. Zudem ermunterte sie uns, ein naturwissenschaftliches Studium aufzunehmen.
Der Tag war für uns alle einhellig ein voller Erfolg und hat uns in der Tat Möglichkeiten und Wege aufgezeigt, die wir nach dem Abitur möglicherweise beschreiten könnten. In einer abschließenden Besprechungsrunde lobten alle die gute inhaltliche Organisation durch die Mitarbeiter sowie die gute Stimmung. Herr Holländer betonte die Wichtigkeit des außerschulischen Lernortes „JuLab“ als Bereicherung des experimentellen Schulunterrichts.
Lion Schmitter (LK PH/Hl)