[科學]2007年諾貝爾物理學獎：巨磁阻效應

Source：http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=2277

[Oct 09, 2007]

物理：2007年諾貝爾物理學獎：巨磁阻效應

編輯 John C. H. Chen 報導

2007年諾貝爾物理學獎頒發給法國的Albert Fert及德國的Peter Grunberg以表彰他們在1988年分別獨立發現巨磁阻效應，因而對磁性紀錄技術產生了重大影響。

巨磁阻現象是指樣品的電阻在很弱的外加磁場下會具有很大的變化。法國的Albert Fert及德國的Peter Grunberg在1980年代分別獨立利用鐵鉻多層膜技術來產生巨磁阻效應，分別產生了50%及10%的磁阻變化。到了1988年由M. N. Baibich等人可以在鐵鉻多層膜系統中使這個系統的的電阻在2T的磁場下變為兩倍，取得了重大突破。

巨磁阻現象可以利用下面的模型來幫助了解。假設我們有兩層磁性物質中間夾著一層非磁性物質。如果兩層磁性物質的磁化方向相同，當通過一束電子自旋方向跟磁性物質相同平行的電流時，基本上電子可以容易的通過。但是如果兩層磁性物質的磁化方向相反，自旋與跟第一層磁化方向平行的電子可以順利通過第一層，卻會被第二層相反磁性方向的磁性物質所散射，因此通過的電流便會減少，也就是電阻會上升。因此利用電流的升降，可以定義邏輯訊號的0與1，進而發展各式各樣的磁記錄系統。

這個現象用來讀取磁性記錄裝置特別有用，當記錄資料所需的磁區隨著技術的發達而越來越小而能夠在單位面積下容納更多的資料，相對的讀寫頭也要隨之縮小才能增加讀取效率。但是縮小的磁區同時也表示磁場的訊號會減弱，這時便顯出巨磁阻物質的重要性。因為巨磁阻物質可以將磁性方法記錄的訊號，以不同的電流大小輸出。儘管磁場很小，但是還是可以產生足夠的電流變化。因此可以大幅提高資料儲存的密度。

巨磁阻現象發現之後，很快的變成為硬碟系統中的標準技術，進而大幅提升硬碟的儲存性能，並在1997年正式出現商業化產品，更可以說是奈米科技在生活上的重大應用。

原始論文
Phys. Rev. Lett. 61, 2472 - 2475 (1988)


參考來源：

Nobelprize.org: The Nobel Prize in Physics 2007




Source：http://tw.news.yahoo.com/article/url/d/a/071009/78/m24i.html

學者：電子學百年來重大突破

更新日期:2007/10/10 04:09

〔記者袁世忠台北報導〕對於今年諾貝爾物理獎頒給發現巨磁阻的費爾與葛倫柏格兩位學者，台大物理系教授張慶瑞表示，這項成果的應用，讓電腦硬碟儲存量、計算速度有跳躍式的增加，甚至當半導體的功能可能出現尺寸限制時，巨磁阻可能是最佳解決之道，因此頒給他們「早在預期之中，不意外！」

張慶瑞還指出，人類掌握自旋電子學已一百年，但在巨磁阻這項發現後，人類才知道原來改變磁場可操縱這項物理量，因此短短十年成為重要顯學，甚至有人稱這是「自旋新世紀的到來」。

研究領域剛好也含括巨磁阻的張慶瑞指出，電子有上旋與下旋兩種，會使得電子有如磁鐵的Ｎ與Ｓ極一樣表現；一九八八年費、葛發現的巨磁阻材料，是利用有磁性的兩片金屬板，夾住一片沒有磁性的金屬板，當上下旋電子穿過這塊三明治板時，就會因為磁場的變化而產生通過難易的差別。

一九九二年，ＩＢＭ的史都華帕肯將這種材料運用在硬碟上，讓硬碟儲存量出現驚人的進步，過去花了不少時間才從十ＭＢ慢慢進步到四十、一百二十ＭＢ，到現在能以幾十Ｇ速度增加，同時運算速度也增快不少，可以說是這項發現的重大影響。由於巨磁阻材料對磁場變化敏銳，因此還被用來偵測地雷、製作電子指南針、車用感測器等用途。



Source：http://tw.news.yahoo.com/article/url/d/a/071009/4/m2dl.html


發現巨磁阻 帶動通訊革命

更新日期:2007/10/10 04:39 記者:　朱立群／台北報導

現代人每日工作需要用到電腦，電腦裡面硬碟機上小小的「讀頭」（read head）可以迅速幫助我們清楚讀取資料，扮演重要的角色。「讀頭」是科學大發明下的小應用，物理效應的原始發現人佛特與葛倫伯格就是今年諾貝爾物理獎的得主。

佛特與葛倫伯格發現的「巨磁阻」效應，掀起一波訊號科技革命，實驗結果發表後近廿年的今天，兩人終於戴上諾貝爾獎桂冠。

中央研究院物理研究所副研究員李尚凡曾在佛特的實驗室擔任博士後研究員，他表示，巨磁阻的原理是：兩片磁性材料中間，夾一塊奈米厚度的非磁性材料時，磁性材料的磁矩安排會呈反方向排列，亦即一個向左、一個向右。但在這三層材料旁邊施加上一個外加磁場時，磁性材料的磁矩會一致改為朝向外加磁場排列。這時，因為加入外加磁場，多層磁性材料的電阻受到了改變。

李尚凡表示，物理現象從發現到應用，期間至少經過十年，但「巨磁阻」問世後五年，就廣泛應用在資訊科技、數位影音訊號等領域，並在奈米科技、材料科學等學科中產生影響。目前當紅的iPod也是巨磁阻的應用。

例如，數位訊號是由０與１兩個訊號組成，巨磁阻的裝置能夠清楚而快速地分辨０與１，並能清晰判讀訊號，相對也增進了訊號讀取的速度。

「巨磁阻」也催生了近來當紅的學門「自旋電子學」，讓科學家知道，原來電子的自旋可以有效操縱。

李尚凡表示，五年前，學界就預估佛特與葛倫伯格遲早要得諾貝爾獎，今年大獎揭曉，果然一如預測。唯一令人遺憾的是，「巨磁阻」研究領域裡的第三號人物美國科學家帕金（Stuart Parkin）竟沒能一起戴上桂冠。

帕金目前在台大物理系擔任講座教授，該系教授張瑞慶表示，過去幾年，全球各大物理獎經常頒給佛特─葛倫柏格─帕金的鐵三角組合。但可能由於帕金從事應用研究居多，也非巨磁阻的原創科學家，所以諾貝爾物理桂冠才只頒給佛特與葛倫伯格。




Source：http://tw.news.yahoo.com/article/url/d/a/071009/2/m2jj.html

發現巨磁阻效應 2學者獲諾貝爾物理獎

更新日期:2007/10/10 07:10 記者:編譯陳宜君／綜合九日外電報導

瑞典皇家科學院九日宣布，2007年諾貝爾物理學獎由法國科學家費爾和德國科學家格倫貝格共同獲得。得獎原因是二人將近廿年前同時發現巨磁阻（giant magnetoresistance，簡稱GMR）效應，使電子儲存媒介硬碟的體積近年大為縮小，全球數十億人得以使用輕薄短小的電腦、及像MP3和iPod數位影音播放器等科技產品，是近代資訊科技上的重大突破。

瑞典皇家科學院在頌詞中指出，巨磁阻效應「可視為大有可為的奈米科技的第一個真正應用」，「此現象的應用讓硬碟資料讀取技術出現革命性發展」，「也在各種磁感應器和新一代的研發上扮演要角」。

巨磁阻科技讓電腦業者得以研發讀取電腦硬碟資料的高靈敏度讀取頭，硬碟體積也從而縮小，廠商近年來因此能夠競相推出尺寸小了許多的筆記型電腦、個人影音播放器等數位科技商品。

六十九歲的費爾是法國「國家科學研究中心」物理研究聯合小組的科學主任。六十八歲的格倫貝格現任職於德國猶利克研究中心。兩人將可平分一千萬瑞典克朗（約新台幣五千萬元）獎金，典禮於十二月十日舉行。

格倫貝格獲知得獎後接受瑞典媒體訪問時表示，他很高興能和格倫貝格分享諾貝爾獎殊榮。近年來電腦科技發展證實，巨磁阻科技具有重要的貢獻。他和費爾在一九八八年先發現巨磁阻效應，亦即磁力出現非常微弱的變化時，導致電阻出現極大的改變。

硬碟讀取頭是以掃描方式解讀存取在硬碟磁區上的資料。硬碟越小，每個磁區的面積也越小、磁力越微弱，必須利用更靈敏的讀取頭才能讀取更密集儲存在硬碟上的資料。有了巨磁阻科技，就可讓讀取頭讀寫儲存在較小硬碟上的資料，這意味資料可以更密集的方式儲存在硬碟中，也就是用更小的硬碟裝更多的資料。

費爾和格倫貝格發現巨磁阻效應後，其他研究人員和工程師開始研發巨磁阻技術的硬碟讀取頭。第一個用巨磁阻技術的硬碟讀取頭在1997年問世，即成為業界的標準技術。