小小硬盤為何結緣諾貝爾？

（特約撰稿 郝平）諾貝爾物理學獎很少授予IT領域的研究成果，而今年因發現“巨磁電阻”從而推動了硬盤產業極大發展的兩位物理學家卻意外榮膺諾爾貝獎。20年前的發現終于在今天得到肯定。

10月上旬，瑞典皇家科學院宣布，因先后獨立發現了“巨磁電阻”效應，法國科學家阿爾伯特#8226;費爾特（Albert Fert）和德國科學家彼得#8226;格倫博格（Peter Grnberg）共同獲得2007年諾貝爾物理學獎，兩人分享1000萬瑞典克朗的獎金。

20年前的發現為何在今年得到如此肯定？發現“巨磁電阻”有何重要的意義？

“巨磁電阻”效應的發現

“現在每個人口袋里幾乎都有一個大容量的音樂播放器，但很少有人知道它背后蘊藏著的科學技術?！苯衲甑闹Z貝爾物理學獎頒獎辭中這樣寫道，“這項革命性的科學發現就是‘巨磁電阻’效應?！倍@項技術便是最近幾年實現硬盤小型化的技術關鍵。

那么，法德兩國的科學家發現的“巨磁電阻”效應究竟是怎么回事呢？

硬盤通常也被稱作磁盤，這種存儲技術的原理是，利用每個存儲點上的磁場方向代表二進制的0或1，要讀取這些數據，需要電極掃過這個磁場; 在磁場作用下，磁性金屬內部電子自旋方向發生改變而導致電阻改變，從而改變電流的強度，被稱為“磁阻”效應。

早在19世紀中葉，這種效應就被英國的開爾文勛爵發現。但當時，這種改變的幅度并不大，通常只在1%到2%之間。因此，在很長一段時間內，人們認為，存儲數據所需要的磁場要保持一定的強度，存儲點不能做得太小。在這種情況下，磁盤容量就受到了很大的限制，硬盤存儲技術并沒有獲得很大的進展。

當硬盤體積不斷變小，容量卻不斷變大時，勢必要求磁盤上每一個被劃分出來的獨立區域越來越小，這些區域所記錄的磁信號也就越來越弱。這就給小硬盤、大容量的制造帶來一個最棘手的問題。

直到20世紀80年代，納米技術不斷進步，使得科學家們可以在真空環境中制造只有幾個原子厚的金屬薄膜。1988年，費爾特和格倫博格分別發現，在鐵、鉻相間的多層膜電阻中，微弱的磁場變化可以導致電阻大小的急劇變化，其變化的幅度比通常高十幾倍。由于膜厚度不同，格倫博格所觀察到的變化較小，達到10%; 而費爾特觀察到50%的變化，并把這種效應命名為“巨磁電阻”效應。

借助“巨磁電阻”效應，人們得以制造出更加靈敏的數據讀取頭，使越來越弱的磁信號依然能夠被清晰讀出，并且轉換成清晰的電流變化。

20世紀90年代，許多科學家又在鐵/銅、鐵/鋁、鐵/金等等納米結構的多層膜中觀察到了顯著的“巨磁電阻”效應，“巨磁電阻”多層膜開始在高密度讀取磁頭和磁存儲元件上得到廣泛應用。1994年，IBM公司研究員斯圖爾特#8226;帕金(Stuart Parkin)根據“巨磁電阻”原理，研制出新型的讀取磁頭，將磁盤記錄密度一下子提高了17倍，很快便引發了硬盤“大容量、小型化”的革命。

應用意義重大

1988年，“巨磁電阻”效應被發現; 1997年，IBM公司制造出真正商用的“巨磁電阻”磁頭?，F在，我們能在筆記本電腦、音樂播放器中安裝越來越小的硬盤而又能存儲海量的信息，這都得益于“巨磁電阻”效應的發現。

瑞典皇家科學院在評價這項成就時表示，今年的諾貝爾物理學獎主要獎勵“用于讀取硬盤數據的技術”，這項技術被認為是“前途廣闊的納米技術領域的首批實際應用之一”。

瑞典皇家科學院院長稱，“巨磁電阻”效應的發現改變了存儲工業的發展。他表示，IBM公司把這項發現應用到硬盤設計中，使硬盤的存儲量每年翻番?！皟晌豢茖W家的發現使硬盤存儲的信息越來越多，沒有他們的發現，我們不可能用iPod聽音樂?！?/p>

他稱，費爾特和格倫博格值得諾貝爾獎的肯定和褒獎?！八麄儼l現了自然界至關重要的科學規律，‘巨磁電阻’效應的發現改變了社會，其推動的各種應用也創造了巨大的經濟效益?！?/p>

美國物理學院發言人、物理學家Phil Schewe說，此次物理獎授予的“巨磁電阻”效應是重要的物理科學和有重要意義的實際應用的完美結合。

目前，IBM研究員帕金正在致力于將“巨磁電阻”效應技術衍生的TMR(隧道磁阻效應磁金屬/半導體多層膜)技術和自旋電子學(Spintronics)應用于MRAM（磁性隨機存儲器）技術，以取代目前計算機隨機存儲器(RAM)中所使用的DRAM技術。

由于利用磁場存儲數據，MRAM不像用電容儲存數據的DRAM（動態隨機存儲器）那樣關閉電源后會導致數據丟失，采用該項技術的計算機將不需要在開機后等待將系統程序從硬盤調入緩存，可以即開即用。

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法德兩物理學家再次共獲殊榮

20世紀80年代，伴隨著信息數字化的迅猛發展，科學界開始尋求不斷縮小硬盤體積同時提高硬盤容量的技術。1988年，費爾特和格倫博格各自獨立發現，非常弱小的磁性變化就能導致巨大電阻變化，也就是“巨磁電阻”效應。

現年69歲的科學家費爾特出生在法國南部小城卡爾卡索納，1970年在南巴黎大學獲博士學位，并于1976年開始擔任南巴黎大學教授，后于2004年當選為法國科學院院士。在此次獲獎后，有人問他如何評價自己的發現時，他不無自豪地說，“獲獎后這些天，我去雜貨店買東西的時候，看見老板在電腦上打字，我就想，他的行為是我的發現所帶來的。這種感覺真的很棒。”

比費爾特小一歲的格倫博格出生在德國比爾森，1969年在達姆施塔特技術大學獲博士學位，1972年到2004年擔任德國尤利希研究中心教授。他對許多聚集到他此前任教的研究中心的記者表示，自己并沒有對獲得諾貝爾獎感到意外?！拔抑矮@得了很多獎，原來就總有人問我，‘什么時候能獲諾貝爾獎啊’。”當時，格倫博格就意識到這一發現可能會產生巨大影響，專門撰寫了論文還申請了知識產權專利。這次獲得諾貝爾物理獎后，他在接受德國媒體采訪時表示，業界對這一發現的反應還是慢了點。

此前，兩人曾多次因為各自的發現而多次一起獲獎。1994年和1997年，他們先后獲得了美國物理協會頒發的新材料James C. McGroddy獎和歐洲物理協會頒發的惠普歐洲物理獎。2006年和2007年，兩人又一起獲得了沃爾夫物理獎和日本獎。目前，根據這一效應開發的小型大容量電腦硬盤已得到廣泛應用。

而值得一提的是，不知道是不是所有科學家都和愛因斯坦一樣，喜歡從音樂中汲取靈感，費爾特喜歡爵士樂，而格倫博格則對古典音樂十分癡迷，還喜歡演奏吉他。對于獲得的巨額獎金，愛好運動的費爾特表示，將和同事們分享一些，還會買一些運動器材; 而格倫博格則稱獲得的獎金可以幫助他更好地進行自己的研究工作，還可以讓自己的孩子們更好地生活。