Để giải thích hiệu ứng GMR trên cơ sở cấu trúc dải và quá trình tán xạ
giữa các dải s-d. Trên hình 1.12 là một cấu trúc đa lớp: lớp sắt từ được kí hiệu
không từ với điện tử dẫn 4s, lớp sắt từ với điện tử 3d và các đường cong mật độ trạng thái. Các điện tử dẫn 4s (spin down - và spin up - ) được mô tả bằng các vòng tròn và mũi tên lên - xuống. Ta hãy xét trong điều kiện tác dụng của điện trường ngoài các điện tử dẫn 4s giả sử được xuất phát từ một lớp kim loại phi từ khi chuyển động đến các lớp sắt từ tiếp theo, sẽ có hai trường hợp xảy ra ứng với hai cấu hình sắp xếp từ độ.
Khi từ trường ngoài bằng không (H = 0), mômen từ của các lớp sắt từ
sắp xếp đối song song (hình 1.12a). Các điện tử 3d có phương cùng chiều với mômen từ có năng lượng thấp nên trạng thái này được điền đầy. Ngược lại, các điện tử 3d có phương ngược chiều với momen từ có năng lượng cao nên các trạng thái đó không được điền đầy hoàn toàn. Các điện tử dẫn có spin down - và spin up - đều có thể điền đầy các trạng thái còn trống, tức là đều bị “hấp thụ” như nhau khi đi qua các lớp sắt từ. Khi đó có thể quan niệm có hai kênh dẫn song song đối với hai loại điện tử dẫn có spin khác nhau, tương ứng hai giá trị điện trở suất và , hai kênh dẫn này tương đương nhau khi H = 0 và
khi đó điện trở của cả hai kênh là = 1/2( + ). Nhưng khi từ trường ngoài khác không và đủ lớn , dưới tác dụng của từ ngoài các mômen từ của tất cả các lớp sắt từ đều song song và hướng theo từ trường ngoài (hình 1.12b). Các spin up của các điện tử 3d của các lớp sắt từ năng lượng thấp và điền đầy, không có khả năng “hấp thụ” các điện tử dẫn có spin , vì vậy mà các điện tử có spin này đi qua lớp sắt từ mà không bị cản trở. Kênh dẫn này tương đương với giá trị điện trở thấp. Ngược lại, các spin của điện tử dẫn bị “hấp thụ” tại mọi lớp sắt từ và vì vậy kênh dẫn này có giá trị điện trở cao. Như vậy khi có từ trường ngoài đủ mạnh, hai kênh dẫn của các điện tử spin và spin
sẽ có điện trở suất rất khác nhau ( ≠ ) và điện trở suất tổng cộng là = 2( + ). Điều này cũng có thể coi là trường hợp đoản mạch một kênh
điện tử, và làm cho điện trở suất của cả hệ giảm xuống. Trong quá trình dẫn điện, ngoài các điện tử 4s của lớp kim loại phi từ, các điện tử 4s của lớp sắt từ cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Tuy nhiên, quá trình này yếu hơn nhiều so với quá trình dẫn của điện tử 4s trong lớp phi từ.
a.)
b.)
Hình 1.12: Sơ đồ mật độ trạng thái (DOS) của điện tử trong cấu hình dải và quá trình chuyển dời điện tử phụ thuộc spin
R↑=R↓ 4s 3d EF H=0 DoS 3d R↑< R↓ EF 4s H≠0↑