所謂巨磁阻效應(yīng)(Giant Magnetoresistance�,是�磁性材��電阻率在有外磁場(chǎng)作用�(shí)較之�(wú)外磁�(chǎng)作用�(shí)存在巨大變化的現(xiàn)�。它是一種量子力�(xué)和凝聚態(tài)物理�(xué)�(xiàn)�,磁阻效�(yīng)的一�,可以在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層(幾�(gè)納米厚)�(jié)�(gòu)中觀察到。巨磁阻效應(yīng)被成功地�(yùn)用在硬盤(pán)生產(chǎn)�,具有重要的商業(yè)�(yīng)用價(jià)��
所謂巨磁阻效應(yīng),是指磁性材料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用�(shí)較之�(wú)外磁�(chǎng)作用�(shí)存在巨大變化的現(xiàn)�。巨磁阻是一種量子力�(xué)效應(yīng),它�(chǎn)生于層狀的磁性薄膜結(jié)�(gòu)。這種�(jié)�(gòu)是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。當(dāng)鐵磁層的磁矩相互平行�(shí),載流子與自旋有�(guān)的散射最�,材料有最小的電阻。當(dāng)鐵磁層的磁矩為反平行�(shí),與自旋有關(guān)的散射最�(qiáng),材料的電阻。上下兩層為鐵磁材料,中間夾層是非鐵磁材�。鐵磁材料磁矩的方向是由加到材料的外磁場(chǎng)控制的,因而較小的磁場(chǎng)也可以得到較大電阻變化的材料�
眾所周知,計(jì)算機(jī)硬盤(pán)是通過(guò)磁介�(zhì)�(lái)存儲(chǔ)信息的。一塊密封的�(jì)算機(jī)硬盤(pán)�(nèi)部包含若干�(gè)磁盤(pán)�,磁�(pán)片的每一面都被以�(zhuǎn)軸為軸心、以一定的磁密度為間隔劃分成多�(gè)磁道,每�(gè)磁道又被劃分為若干�(gè)扇區(qū)�
磁盤(pán)片上的磁涂層是由�(shù)量眾多的、體積極為細(xì)小的磁顆粒組�,若干�(gè)磁顆粒組成一�(gè)記錄單元�(lái)記錄1比特(bit)信�,即0�1。磁�(pán)片的每�(gè)磁盤(pán)面都相應(yīng)有一�(gè)磁頭。當(dāng)磁頭“掃描”過(guò)磁盤(pán)面的各�(gè)區(qū)域時(shí),各�(gè)區(qū)域中記錄的不同磁信號(hào)就被�(zhuǎn)換成電信�(hào),電信號(hào)的變化�(jìn)而被表達(dá)為�0”和�1�,成為所有信息的原始譯碼�
最早的磁頭是采用錳鐵磁體制成的,該類磁頭是通過(guò)電磁感應(yīng)的方式讀�(xiě)�(shù)�(jù)。然�,隨著信息技�(shù)�(fā)展對(duì)存儲(chǔ)容量的要求不斷提高,這類磁頭難以滿足�(shí)際需�。因?yàn)槭褂眠@種磁�,磁致電阻的變化僅為1%~2%之�,讀取數(shù)�(jù)要求一定的�(qiáng)度的磁場(chǎng),且磁道密度不能太大,因此使用傳�(tǒng)磁頭的硬�(pán)容量只能�(dá)到每平方英寸20兆位。硬�(pán)體積不斷變小,容量卻不斷變大�(shí),勢(shì)必要求磁�(pán)上每一�(gè)被劃分出�(lái)的獨(dú)立區(qū)域越�(lái)越小,這些區(qū)域所記錄的磁信號(hào)也就越來(lái)越弱�
1997�,全球基于巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭問(wèn)世。正是借助了巨磁阻效應(yīng),人們才能夠制造出如此靈敏的磁�,能夠清晰讀出較弱的磁信�(hào),并且轉(zhuǎn)換成清晰的電流變�。新式磁頭的出現(xiàn)引發(fā)了硬�(pán)的“大容量、小型化”革�。如�,筆記本電腦、音�(lè)播放器等各類�(shù)碼電子產(chǎn)品中所裝備的硬�(pán),基本上都應(yīng)用了巨磁阻效�(yīng),這一技�(shù)已然成為新的�(biāo)�(zhǔn)�
早在1988�,費(fèi)爾和格林貝格爾就各自�(dú)立發(fā)�(xiàn)了這一特殊�(xiàn)象:非常弱小的磁性變化就能導(dǎo)致磁性材料發(fā)生非常顯著的電阻變化。那�(shí),法�(guó)的費(fèi)爾在鐵、鉻相間的多層膜電阻中發(fā)�(xiàn),微弱的磁場(chǎng)變化可以�(dǎo)致電阻大小的急劇變化,其變化的幅度比通常高十幾�,他把這種效應(yīng)命名為巨磁阻效應(yīng)(Giant Magneto-Resistive,GMR)。有趣的�,就在此�3�(gè)�,德�(guó)�(yōu)利希研究中心格林貝格爾教授領(lǐng)�(dǎo)的研究小組在具有層間反平行磁化的�/�/鐵三層膜�(jié)�(gòu)中也�(fā)�(xiàn)了完全同樣的�(xiàn)象�
阿爾貝·費(fèi)爾和彼得·格林貝格爾所�(fā)�(xiàn)的巨磁阻效應(yīng)造就了計(jì)算機(jī)硬盤(pán)存儲(chǔ)密度提高50倍的奇跡。單以讀出磁頭為��1994年,IBM公司研制成功了巨磁阻效應(yīng)的讀出磁�,將磁盤(pán)記錄密度提高�17倍�1995�,宣布制成每平方英寸3Gb硬盤(pán)面密度所用的讀出頭,創(chuàng)下了世界記錄。硬�(pán)的容量從4GB提升到了600GB或更高�
目前,采用SPIN-VALVE材料研制的新一代硬�(pán)讀出磁頭,已經(jīng)把存�(chǔ)密度提高�560億位/平方英寸,該類型磁頭已占�(lǐng)磁頭市場(chǎng)�90%�95%。隨著低電阻高信�(hào)的TMR的獲�,存�(chǔ)密度�(dá)到了1000億位/平方英寸�
2007�9�13�,全球的硬盤(pán)廠商希捷科技(Seagate Technology)在北京宣布,其旗下被全球最多數(shù)字視頻錄像機(jī)(DVR)及家庭媒體中心采用的第四代DB35系列硬盤(pán),現(xiàn)已達(dá)�1TB�1000GB)容�,足以收錄多�(dá)200小時(shí)的高清電視內(nèi)�。正是依靠巨磁阻材料,才使得存儲(chǔ)密度在最近幾年內(nèi)每年的增�(zhǎng)速度�(dá)�3�4�。由于磁頭是由多層不同材料薄膜構(gòu)成的�(jié)�(gòu),因而只要在巨磁阻效�(yīng)依然起作用的尺度范圍�(nèi),未�(lái)將能夠�(jìn)一步縮小硬�(pán)體積,提高硬�(pán)容量�
除讀出磁頭外,巨磁阻效應(yīng)同樣可應(yīng)用于�(cè)量位�、角度等傳感器中,可廣泛地應(yīng)用于�(shù)控機(jī)�、汽�(chē)�(dǎo)�、非接觸�(kāi)�(guān)和旋�(zhuǎn)編碼器中,與光電等傳感器相比,具有功耗小、可靠性高、體積小、能工作于惡劣的工作條件等優(yōu)�(diǎn)。目�,我�(guó)�(guó)�(nèi)也已具備了巨磁阻基礎(chǔ)研究和器件研制的良好基礎(chǔ)。中�(guó)科學(xué)院物理研究所及北京大�(xué)等高校在巨磁阻多層膜、巨磁阻顆粒膜及巨磁阻氧化物方面都有深入的研�。中�(guó)科學(xué)院計(jì)算技�(shù)研究所在磁膜隨�(jī)存儲(chǔ)�、薄膜磁�、MIG磁頭的研制方面成果顯著。北京科技大學(xué)在原子和納米尺度上對(duì)低維材料的微�(jié)�(gòu)表征的研究及�(duì)大磁矩膜的研究均有較高水��
今天,移動(dòng)硬盤(pán)、MP3播放器等磁盤(pán)�(qū)�(dòng)�(shè)備隨處可�(jiàn),每天我們都可以將這些小巧精致的科技�(chǎn)品放在衣袋中隨身攜帶,隨�(shí)享受它們給我們帶�(lái)的便利和快樂(lè),然而為了這一�(shí)刻的到來(lái),偉大的公司與偉大的科學(xué)家一起,都付出了難以�(jì)算的智慧和辛��
巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)�(xiàn),讓硬盤(pán)的體積不斷縮�,容量卻不斷變大�
瑞典皇家科學(xué)�2007�10�9日宣�,法�(guó)科學(xué)家阿爾貝·�(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家彼得·格林貝格爾共同獲得2007年諾貝爾物理�(xué)�(jiǎng)。這兩名科�(xué)家獲�(jiǎng)的原因是先后�(dú)立發(fā)�(xiàn)了“巨磁電阻”(Giant MagnetoResistance,GMR)效�(yīng)�
阿爾貝·費(fèi)�1938�3�7日出生于法國(guó)的卡爾卡�,已婚并有兩�(gè)孩子�1962年,�(fèi)爾在巴黎高等師范�(xué)院獲�(shù)�(xué)和物理碩士學(xué)��1970�,費(fèi)爾從巴黎第十一大學(xué)獲物理學(xué)博士�(xué)�� 阿爾貝·費(fèi)爾目前為巴黎第十一大學(xué)物理�(xué)教授。費(fèi)爾從1970年到1995年一直在巴黎第十一大學(xué)固體物理�(shí)�(yàn)室工�。后任研究小組組�(zhǎng)�1995年至今則�(dān)任國(guó)家科�(xué)研究中心-Thales 集團(tuán)�(lián)合物理小組科�(xué)主管�1988�,費(fèi)爾發(fā)�(xiàn)巨磁電阻效應(yīng),同�(shí)他對(duì)自旋電子�(xué)作出�(guò)許多貢獻(xiàn)�
彼得·格林貝格�1939�5�18日出生于德國(guó)。從1959年到1963�,格林貝格爾在法蘭克福約�-沃爾�?qū)?歌德大學(xué)�(xué)�(xí)物理�1962年獲得中�(jí)文憑�1969年在�(dá)姆施塔特技�(shù)大學(xué)獲得博士�(xué)��1972年開(kāi)始擔(dān)任德�(guó)于利希研究中心教��1988�,格林貝格爾在尤利西研究中心研究并發(fā)�(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)�1992年被任命為科隆大�(xué)兼任教授�2004年在研究中心工作32年后退�,但仍在繼續(xù)工作�