里程碑發現——“巨磁電阻”效應

瑞典皇家科學院于2007年10月9日宣布，2007年諾貝爾物理學獎的獲得者分別是法國科學家阿爾貝#8226;費爾和德國科學家彼得#8226;格林貝格爾，這兩名科學家因為發現了“巨磁電阻”效應而共同獲得了2007年諾貝爾物理學獎.

“巨磁電阻”效應主要是指磁性材料在有磁場作用時發生變化的現象.目前“巨磁電阻”效應已經普遍應用在大容量的技術硬盤上了.可以這樣說，我們現在能夠用上價格便宜的大容量硬盤是一定要感謝這兩位科學家的，他們獲得諾貝爾物理學獎當之無愧.

費爾(如圖1)于1938年3月7日出生于法國的卡爾卡松，1962年，在巴黎高等師范學院獲數學和物理碩士學位.1970年，費爾從巴黎第十一大學獲物理學博士學位，目前為巴黎第十一大學物理學教授.從1970年到1995年，他一直在巴黎第十一大學固體物理實驗室工作，后任研究小組組長.1995年至今則擔任國家科學研究中心-Thales集團聯合物理小組科學主管.1988年，費爾發現“巨磁電阻”效應，同時他對自旋電子學作出過許多貢獻.

格林貝格爾(如下頁圖2)于1939年生于皮爾森市(目前屬于捷克共和國)，德國國籍，獲得德國達姆施塔特工業技術大學物理學博士學位.

費爾和格林貝格爾于1988年發現的“巨磁電阻”效應極大提高了電腦硬盤的數據存儲量，因此他們將分享總金額為1 000萬瑞士法郎的獎金，相當于150萬美元.

格林貝格爾的知識產權保護意識比較強，兩位科學家1988年發現“巨磁電阻”效應時意識到，這一發現可能產生巨大影響，格林貝格爾為此申請了專利.

“巨磁電阻”效應，簡單地說就是一個微弱的磁場變化，可以在巨磁電阻系統中產生很大的電阻變化.當鐵磁性材料和非磁性金屬層交替組合成的材料在足夠強的磁場中時，就會出現電阻突然巨幅下降的現象.特別值得注意的是，如果相鄰材料中的磁化方向平行時，電阻會變得很低;而當磁化方向相反時，電阻則會變得很大.電阻值的這種變化，是由于不同自旋的電子在單層磁化材料中散射性質不同而造成的.

眾所周知，硬盤能夠存儲包括音樂在內的信息，這些信息被存在微小的磁化區里，信息則通過記錄磁場變化的讀取器取出.硬盤越小，各個磁化區的面積也越小，磁化的程度也越弱.因此如果欲在一張硬盤中存儲更多信息，就需要更為靈敏的讀取器.基于“巨磁電阻”效應制成的讀取器使得存儲單字節數據所需的磁性材料尺寸大為減小，從而使得磁盤的存儲能力得到大幅度的提高.基于“巨磁電阻”效應原理制成的讀取器，可以將細小的磁場變化轉換成不同的電阻，使讀取器產生不同的電流，而電流是讀取器的信號.第一個商業化生產的數據讀取探頭是由IBM公司于1997年投放市場的，到目前為止，“巨磁電阻”技術已經成為全世界幾乎所有電腦#65380;數碼相機#65380;MP3播放器的標準技術.

具有“巨磁電阻”效應的材料為生產商業化的大容量信息存儲器鋪平了道路，同時它們也為進一步探索新物理——比如隧穿磁阻效應#65380;自旋電子學以及新的傳感器技術——奠定了基礎.現在，“巨磁電阻”效應已經是一種非常成熟的舊技術了，如何將隧穿磁阻效應開發已成為未來的新技術寵兒.

1994年，IBM公司研制成“巨磁電阻”效應的讀出磁頭，將磁盤記錄密度一下子提高了17倍，從而在與光盤競爭中，磁盤重新處于領先地位.硬盤的容量從4 G提升到了當今的600 G或更高.1997年基于“巨磁電阻”效應的讀出磁頭研制成功，很快成為標準技術.即使在今天，絕大多數讀出技術仍然是“巨磁電阻”的進一步發展.

由于“巨磁電阻”效應易使器件小型化#65380;廉價化，除讀出磁頭外同樣可應用于測量位移#65380;角度等傳感器中，可廣泛地應用于數控機床#65380;汽車測速儀#65380;非接觸開關和旋轉編碼器中，與光電等傳感器相比，它具有功耗小#65380;可靠性高#65380;體積小#65380;能工作于惡劣環境中等優點.

此外，利用“巨磁電阻”效應在不同的磁化狀態具有不同電阻值的特點，可以制成隨機存儲器，由于其具有可在無電源的情況下繼續保留信息的優點，已經成為計算機#65380;手機#65380;數碼相機#65380;MP3等電器必備的存儲元件.

我國科學工作者和相關企業在過去十幾年里也持續開展了有關新型磁電阻材料和器件及其物理研究，并取得了顯著的科研成果.國際上至今發現具有“巨磁電阻”效應的20多種金屬納米多層膜中，有三種是我國學者發現的，部分研究結果還被費爾收錄在其后續發表的綜述論文中.

我們相信，隨著國家科技不斷發展，以及有關部門科研經費投入強度的不斷提高，對新型磁電阻材料和器件及其物理的研究和應用，必將對我國高科技信息技術和社會經濟發展產生重要的推動作用.