Năm 1995 Jean Moodera phát hiện một cơ chế mới tạo ra từ trở khổng lồ, đó là hiệu ứng đường hầm lệ thuộc vào spin ở nhiệt độ phòng. Hình thức đơn giản nhất của cầu nối đường hầm có từ tính (magnetic tunnel junction MTJ) là một vật liệu ba lớp gồm một màng rất mỏng cấu tạo bằng chất cách điện hay chất bán dẫn (độ dầy khoảng 2nm) ép giữa hai lớp sắt từ, ví dụ khối ba lớp màng Co/Al2O3/NiFe .
Hai lớp sắt từ coi như hai điện cực. Lớp cách điện ở giữa được gọi là hàng rào đường hầm.
Tiếp xúc tunen từ: a. Khi từ trường ngoài H=0, không có dòng tunen. B. Khi có từ trường ngoài H=Hc , có dòng tunen.
Khi lớp điện môi rất mỏng và các mômen từ spin của hai lớp từ song song cùng chiều (hoặc có sự chênh lệch mức năng lượng Fermi giữa hai lớp từ) sẽ có dòng xuyên hầm đi qua từ lớp từ này sang lớp từ kia, tạo thành dòng điện dẫn
Từ trở khổng lồ xuất hiện khi không có từ trường ngoài, mômen từ spin trong các lờp từ đối ngược nhau. Khi có từ trường ngoài các mômen từ spin song song cùng chiều, từ trở bằng 0.
Nếu có một hiệu điện thế chênh lệch giữa hai lớp sắt từ dẫn điện thì sẽ phát sinh dòng điện (dòng điện tử) chuyển động giữa chúng. - Tuy nhiên dòng điện này có chạy qua hai điện cực hay không còn tùy thuộc
vào hai yếu tố:
+ Nếu lớp điện môi rất mỏng (cỡ 2 nanomet), dòng xuyên hầm đi qua nó được. + Nếu véctơ từ độ của hai lớp sắt từ ngược chiều nhau, điện tử không chui hầm được. Chỉ khi các véctơ từ độ này cùng chiều nhau thì điện tử mới xuyên hầm được và có dòng điện qua khối lớp màng mỏng.
Vậy với tiếp xúc tunen từ như trên, có thể dùng từ trường ngoài để điều khiển, sao cho:
• Khi có từ trường ngoài, hai véctơ từ độ (ở đây là các mômen từ spin) song song và cùng chiều thì có dòng điện xuyên hầm chậy qua các lớp tiếp xúc. • Khi không có từ trường ngoài, hai véctơ từ độ trong các lớp sắt từ ngược
chiều nhau (tương đương một điện trở khổng lồ được tạo ra giữa hai lớp sắt từ này), không có dòng điện xuyên hầm.
Như vậy hiệu ứng từ trở đường hầm TMR không những lệ thuộc vào sự bất đối xứng của các mômen từ spin trong hai lớp sắt từ mà còn thay đổi theo cấu trúc của lớp màng cách điện.
Trong các thiết bị, dụng cụ có điện trở lớn, nghĩa là dòng tín hiệu đầu ra sẽ có năng lượng thấp. Khi điện trở của thiết bị nhỏ, dòng ra có năng lượng lớn.
Đây là nguyên lý để ứng dụng hiệu ứng từ trở khổng lồ đối với các màng vật liệu từ đa lớp.