文档介绍：2007物理诺贝尔奖介绍
瑞典皇家科学院诺贝尔奖评委会9号宣布,法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因1988年先后各自独立发现“巨磁电阻”效应而共同获得2007年诺贝尔物理学奖。
阿尔贝·费尔
彼得·格林贝格尔
巨磁阻效应(Giant oresistance)是一种量子力学和凝聚态物理学现象,磁阻效应的一种,可以在磁性材料和非磁性材料相间的薄膜层(几个纳米厚)结构中观察到。这种结构物质的电阻值与铁磁性材料薄膜层的磁化方向有关,两层磁性材料磁化方向相反情况下的电阻值,明显大于磁化方向相同时的电阻值,电阻在很弱的外加磁场下具有很大的变化量。巨磁阻效应被成功地运用在硬盘生产上,具有重要的商业应用价值。
1997年,全球首个基于巨磁阻效应的读出磁头问世。正是借助了巨磁阻效应,人们才能够制造出如此灵敏的磁头,能够清晰读出较弱的磁信号,并且转换成清晰的电流变化。新式磁头的出现引发了硬盘的“大容量、小型化”革命。如今,笔记本电脑、音乐播放器等各类数码电子产品中所装备的硬盘,基本上都应用了巨磁阻效应,这一技术已然成为新的标准。
“巨磁电阻”效应(GMR,Giant oresistance)是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。
也就是说,非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化的特殊效应,变化的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值高10余倍。
评委会主席佩尔·卡尔松用比较通俗的语言解读了“巨磁电阻”效应和它的广泛用途。他用两张图片来解释这一发现的重大现实意义:一台1954年的体积占满整间屋子的电脑和一个如今非常普通、手掌般大小的硬盘。他说,正因为有了这两位科学家的发现,单位面积介质存储的信息量才得以大幅度提升。
在Grünberg最初的工作中他和他领导的小组只是研究了由铁、铬(Chromium)、铁三层材料组成的样品,%。而Fert及其同事则研究了由铁和铬组成的多层材料样品,使得电阻下降了50%。
阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔所发现的巨磁阻效应造就了计算机硬盘存储密度提高50倍的奇迹。单以读出磁头为例,1994年,IBM公司研制成功了巨磁阻效应的读出磁头,将磁盘记录密度提高了17倍。1995年,宣布制成每平方英寸3Gb硬盘面密度所用的读出头,创下了世界记录。硬盘的容量从4GB提升到了600GB或更高。
通常说的硬盘也被称为磁盘,这是因为在硬盘中是利用磁介质来存储信息的。一般而言,在密封的硬盘内腔中有若干个磁盘片,磁盘片的每一面都被以转轴为轴心、以一定的磁密度为间隔划分成多个磁道,每个磁道又进而被划分为若干个扇区。磁盘片的每个磁盘面都相应有一个数据读出头。简单地说,当数据读出头“扫描”过磁盘面的各个区域时,各个区域中记录的不同磁信号就被转换成电信号,电信号的变化进而被表达为“0”和“1”,成为所有信息的原始“译码”。
磁记录原理和记录方式
磁记录原理
写
局部磁化单元
载磁体
写线圈
S
N
I
局部磁化单元
写线圈
S
N
铁芯
磁通
磁层
写入“0”
写入“1”
I
磁记录原理
N
读线圈
S
读线圈
S
N
铁芯
磁通
磁层
运动方向
运动方向
s
s
t
t
f
f
e
e
读出“0”
读出“1”
读
硬磁盘存储器的结构
磁记录与记录方式
水平记录(纵向记录)和垂直记录
当硬盘体积不断变小,容量却不断变大时,势必要求磁盘上每一个被划分出来的独立区域越来越小,这些区域所记录的磁信号也就越来越弱。借助“巨磁电阻”效应,人们才得以制造出更加灵敏的数据读出头,使越来越弱的磁信号依然能够被清晰读出,并且转换成清晰的电流变化。