В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации. И когда Ферт и Грюнберг в 2007 году разделили Нобелевскую премию за открытие гигантского магнетосопротивления (ГМС), Королевская Шведская Академия наук объявила, что "технология ГМС может рассматриваться как одно из основных направлений нанотехнологии, чрезвычайно популярного в самых различных областях".
Однако открытие ГМС интересно по причинам, глубоко превосходящим ее "нанистость". История ГМС поднимает ряд вопросов о природе высокотехнологичной продукции. Является ли проверенная веками линейная модель - базовые исследования которой привели к применению - применимы к нанотехнологии? Или же, как утверждают многие, нанотехнология "постакадемична"и должна спонсироваться правительством и компаниями для решения специальных задач, а не заниматься развитием науки ради самой науки?
Открытие и коммерциализация
Магнетосопротивление, изменение электросопротивления, вызванное приложением магнитного поля, впервые было обнаружено физиком Уильямом Томасом (лордом Кельвином) в 1857 году, хотя физические основы этого явления стали понятны только в золотой век квантовой механики - времена Поля Дирака и Вольфганга Паули. Эффект был весьма невелик, обычно несколько процентов, но достаточно заметен, чтобы использовать его в считывающих головках сенсоров для определения магнитного поля. Однако с обнаружением ГМС в 1988 году все изменилось.
Грюнберг с командой в Германии обнаружили 10% изменение сопротивления в присутствии магнитного поля в структуре, состоящей из 1 нм слоя хрома между более толстыми слоями железа (ферромагнетика). Ферт же с сотрудниками в Париже обнаружили 50% изменение в более сложных структурах, содержащих до 60 чередующихся слоев хрома и железа. Обе команды для получения своих структур использовали молекулярно-лучевую эпитаксию.
Хотя французская команда и создала термин "гигантское магнетосопротивление", именно Грюнберг понял, что эффект можно использовать для обнаружения слабых магнитных полей, и потому подал заявку на патент. ГМС легло в основу новой области - "спинтроники", называемой так потому, что наравне с электрическим зарядом в ней для хранения информации используются электронные спины.
Инженеры использовали КМС в ряде таких применений, как сенсоры для определения очень слабых полей, но другие компании стремились занять с помощью ГМС более крупные и выигрышные рынки. Стюарт Паркин из лаборатории IBM с коллегами использовали обнаруженный эффект для считывающих головок, что позволило сделать диски с данными гораздо меньше, а информации хранить в 8 раз больше, о чем в 1997 году было написано на передовице The Wall Street Journal. Центральной частью работы Паркина стала демонстрация возможности наносить материал с ГМС распылением, а не молекулярно-лучевой эпитаксией, что сделало производство гораздо дешевле.
Эти разработки позволили произвести переворот в хранении информации, что в свою очередь позволило хранить гигабайты музыки, фотографий, видеоизображений не только на iPod, но и на других портативных устройствах. Один из членов Нобелевского комитета даже сказал, что "не было бы никаких iPod'ов без этого (ГМС) эффекта". Миллиарды долларов в год - вот объем рынка, который достался IBM благодаря ГМС. (Кстати первый iPod от Apple, созданный в 2001 году, использовал жесткий диск на основе ГМС, собранный компанией Toshiba.)
Рассуждения
Споры о природе нанонауки с акцентом на приложения показывает, что это один из первых полностью реализованных примеров "постакадемичной" науки. Другие, однако, говорят, что устройства на базе ГМС - демонстрация того, как финансовые вложения компаний позволяют привлечь на свою сторону лучших ученых, что впоследствии приводит к экономическому выигрышу. Однако историки признают, что "чистая наука" во многом - лишь социальное понятие, которое при ближайшем рассмотрении оказывается не таким простым.
История спинтроники отражает сложные процессы. Так, во время Холодной войны для военных нужд велись финансирования исследований, которые затем стали ключевыми для развития спинтроники. После развала СССР такие исследования продолжились, однако со временем цели стали не военными, а гражданскими. Так, где же грани между наукой и коммерческими исследованиями? История развития спинтроники стирает или как минимум размывает эти грани.
