Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Петер Грюнберг (слева) и Альберт Ферт обсуждают с прессой свое Нобелевское открытие колоссального магнетосопротивления в 2007 году
Туннелирование спин-поляризованных носителей - основа эффекта магнетосопротивления и фундамент спинтроники.
Считывающая головка диска TS1130 от IBM, способная хранить 1 Тбайт
Жесткий диск от IBM, основанный на ГМС

Как спинтроника из лабораторий дошла до iPod?

Ключевые слова:  магнетосопротивление, периодика, спинтроника

Автор(ы): W. Patric McCray

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

08 ноября 2009

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.


В статье использованы материалы: ГМС - википедия


Средний балл: 10.0 (голосов 5)

 


Комментарии
Спасибо IBM за спонсорство при разработке ГМР-эффекта
Палии Наталия Алексеевна, 11 ноября 2009 15:32 
Вообще-то это не совсем так, они нашли ему применение , так согласно
статье GMR: a Giant Leap for IBM Research:

"IBM Research Arrives on the Scene.
Stuart Parkin and two groups of colleagues at IBM's Almaden Research Center, San Jose, Calif, quickly recognized its potential, both as an important new scientific discovery in magnetic materials and one that might be used in sensors even more sensitive than MR heads....
Parkin first wanted to reproduce the Europeans' results. But he did not want to wait to use the expensive machine that could make multilayers in the same slow-and-perfect way that Gruenberg and Fert had. So Parkin and his colleague, Kevin P. Roche, tried a faster and less-precise process common in disk-drive manufacturing: sputtering. To their astonishment and delight, it worked! Parkin’s team saw GMR in the first multilayers they made. This demonstration meant that they could make enough variations of the multilayers to help discover how GMR worked, and it gave Almaden's Bruce Gurney and co-workers hope that a room-temperature, low-field version could work as a super-sensitive sensor for disk drives..."
Палии Наталия Алексеевна, 11 ноября 2009 15:38 
Михаил Валерьевич, вы можете еще посмотреть и другие "первоисточники", , на которые ведут ссылки "Other resources" в правой колонке.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

K2
K2

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.