Hadiah Nobel dalam Fizik untuk magnetori raksasa

Discovery mewujudkan keperluan untuk kepala cakera keras cepat membaca

GMR berada di kepala baca cakera keras © A. MAgill / CC-by-sa 2.0 kami
membaca dengan kuat

Hadiah Nobel untuk Fizik 2007 pergi kepada orang Perancis Albert Fert dan Jerman Peter Grünberg. Mereka menerimanya untuk penemuan mereka tentang magnetoresistance gergasi yang dipanggil. Aplikasi fenomena ini, antara lain, merevolusikan teknologi yang digunakan untuk membaca maklumat dari cakera keras komputer. Walau bagaimanapun, kesan itu juga memainkan peranan penting untuk pelbagai sensor magnet, dan juga untuk pembangunan generasi baru elektronik, yang dikenali sebagai "spintronics".

Fakta bahawa komputer dan komponen elektronik menjadi lebih kecil dan lebih kuat kelihatan hampir semulajadi hari ini. Tetapi pada penghujung tahun 1990-an, satu teknologi yang benar-benar baru untuk cakera keras membaca menjadi standard, membolehkan perkembangan pantas ke arah kapasiti penyimpanan yang lebih besar dalam cakera keras. Teknik pembacaan baru membina kesan fizikal bahawa dua Pencari Nobel dalam Fizik menyaksikan untuk pertama kalinya hampir dua puluh tahun yang lalu. Orang Perancis Albert Fert dan Jerman Peter Grünberg ditemui pada tahun 1988, masing-masing untuk diri mereka sendiri dan secara berasingan antara satu sama lain, magnetoresistance gergasi yang dipanggil - dalam gergasi magnet gergasi Inggeris, GMR.

Kesan magnet di kepala bacaan

Maklumat yang disimpan pada cakera keras disimpan dalam bentuk medan kecil mikroskopik dengan arah magnetisasi yang berbeza. Maklumat ini diambil oleh kepala membaca mengimbas cakera keras dan mendaftarkan perubahan magnet. Lebih kecil dan lebih padat cakera keras dikemas dengan maklumat, semakin kecil dan lemahnya medan magnet individu menjadi. Oleh itu, lebih peka akan menjadi kepala bacaan yang diperlukan.

Daripada Lord Kelvin ...

Ahli fizik British Lord Kelvin menerbitkan sebuah artikel pada tahun 1857, di mana ia membuktikan bahawa rintangan elektrik menurun apabila medan magnet ditempatkan di sepanjang konduktor besi, tetapi bertambah apabila medan magnet melintang ke konduktor. Magnetoresistance arah-arah (MR) ini telah diketepikan sebelum penemuan magnetoresistor gergasi untuk membaca data pada cakera keras. Tetapi secara beransur-ansur kemungkinan pembangunan berakhir dengan teknik ini. Sensitiviti tidak cukup baik.

Rintangan elektrik dalam konduktor dibuat oleh fakta bahawa elektron menunjukkan kekotoran

berserakan dalam bahan dan dengan itu terhalang dalam kemajuan mereka. Elektron juga mempunyai spin yang dipanggil. Harta mekanikal kuantum ini boleh menunjukkan dua arah bertentangan. Dalam konduktor magnet, kebanyakan elektron mempunyai spin yang selari dengan medan magnet. Satu minoriti elektron mempunyai putaran yang bertentangan. Sebagai peraturan, elektron tersebar paling kuat, yang berputar bertentangan dengan medan magnet. Alat putaran mana yang paling banyak bergantung kepada jenis bahan.

Kesan GMR dalam sistem tiga lapisan Yayasan Nobel

"Kepada gergasi magnet"

Satu contoh sistem magnetori raksasa yang paling mudah terdiri daripada lapisan

logam bukan magnet antara dua lapisan logam magnetik. Di pedalaman bahan magnet dan terutama di lapisan sempadan antara bahan magnet dan non-magnetik, elektron dengan spin yang berbeza tersebar ke darjah yang berbeza.

Jika arah medan magnet dalam kedua-dua lapisan magnet adalah sama, elektron spin selari boleh memalui seluruh sistem tanpa banyak bertaburan. Sebaliknya, elektron dengan putaran antiparallel sangat bertaburan. Walau bagaimanapun, kerana ia kurang biasa, rintangan keseluruhan kekal rendah. elektron boleh lulus, aliran semasa.

Walau bagaimanapun, jika arah medan dalam dua lapisan magnet menghadapi satu sama lain, semua elektron akan mempunyai putaran antiparallel dalam satu atau lapisan lain. Dengan itu mereka semua sangat bertaburan. Ini membawa kepada hakikat bahawa rintangan yang tinggi adalah tinggi, elektron dihalang, terdapat sedikit atau tiada aliran.

dan ke kepala baca GMR

Dengan kepala baca cakera keras, magnetisasi ditetapkan dalam salah satu daripada dua lapisan magnet, manakala arah di lapisan lain dipengaruhi oleh medan magnet yang kepala membaca memimpin. Akibatnya, rintangan dan dengan itu semasa di kepala baca terus berubah. Arus ini pada gilirannya ialah isyarat output kepala baca arus tinggi boleh mewakili satu, arus rendah sifar.

Oleh itu, kepala membaca dengan kesan GMR dapat menukar perubahan magnet yang sangat kecil ke dalam perbezaan yang cukup terukur dalam rintangan elektrik, dan oleh itu dalam turun naik semasa yang dipancarkan oleh kepala baca. Selepas penemuan GMR, para saintis dan jurutera cepat mula menggunakan kesan baru untuk kepala membaca. Seawal tahun 1997, kepala bacaan pertama berdasarkan kesan GMR diperkenalkan. Terima kasih kepada teknologi ini, cakera keras telah dikurangkan dengan ketara dalam beberapa tahun kebelakangan ini dan pada masa yang sama ditawarkan dengan kapasiti storan yang lebih besar.

Gateway ke spintronics

Walau bagaimanapun, GMR bukan sekedar penemuan teknikal apabila ia membacanya dengan jumlah data cakera padat yang padat. Ia juga harus menarik untuk melihat teknik ini sebagai langkah pertama dalam pembangunan bentuk elektronik yang baru, juga dipanggil spintronics. Spintronics dicirikan oleh fakta bahawa ia mengeksploitasi spin elektron, dan tidak, seperti dengan elektronik konvensional, hanya

caj elektrik. Prasyarat untuk spintronics adalah dengan tepat dimensi kecil yang digunakan oleh nanoteknologi.

(Yayasan Nobel, 09.10.2007 - NPO)