Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Спинтроника и iPod

Ключевые слова:  спинтроника

Автор(ы): В.В.Уточникова

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

03 декабря 2020

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".


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 "постакадемичена" 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 2)

 


Комментарии
Пастух Евфграфович, 28 июня 2021 17:41 
"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,..."
Можно ли продвинуться дальше Ирншоу и левитрона? Буквально дальше
или
Наука – это любая дисциплина, в которой дураки одного поколения могут пойти дальше той точки, которой достигли гении предыдущего поколения.
Макс Глюкманн
или
"Цепочный магнит-маятник" (П.Е.)
Россия, 1-10 февраля 2021. Где то на родине Циолковского Константина Эдуардовича, естественно. Простой гладкий диамагнитный стол. Начитавшись о гравитационных маневрах в космосе и заменив груз на простом математическом маятнике и земное однородное поле тяжести на две пары дисковых неодимовых магнитов (нить маятника зажимается между двумя дисковыми магнитами и наматывается прямо на палец руки. Ощущать силы магнитных полей, - это чистое наслаждение) я качнул маятник, начал медленно опускать его к закреплённым на столе магнитам и заметил... временное возрастание амплитуды качения и пропорциональное увеличение частоты колебаний. Сотня другая наземных опытов подтвердила - маятниковый магнит, по ощущениям указательного пальца, "хочет сорваться с привязи".
Надо ему помочь!Но как? Что из этого выйдет? Где про это написано?
Попробуем-ка с аналогий и подобий, посмотрим на звёздное небо и... вот оно!
Парад планет 2021!
"Интересно, что все 9 планет движутся вокруг Солнца в одном и том же направлении, так что суммарный момент импульса Солнечной системы отличен от нуля."
А можно ли потрогать импульс руками? Увидеть его бег? И чем нам поможет морская волна? Классная задача!
Построив свой парад из таких же равномерно распределенных одиноких самоотталкивающихся дисковых магнитов-планет прямо под столешницей, я отпустил на (пока) вероятную пробежку вдоль него тройку слипшихся (для устойчивости проекции векторов) магнитов - строенный искусственный магнит-спутник "ИМС" и... мой ИМС, со скоростью нашего лунохода, спокойно, с равномерной скоростью (!) докатился от начала до конца парада и почти обратно и далее в таком же духе. Никакого уклона и прогиба стола - ИМС втягивается со стартовой точки и катится сам по любому азимуту вдоль парада магнитов-планет и... при любом (?) увеличении их количества. Вот вам и "синица в руках!
Как бы получить грант от "Общества содействия успехам опытных наук и их практических применений" на магниты, велосипед и антоновские яблоки?.
Итак, почему ИМС не останавливается? Я же его не толкал, он сам втягивается и катится от магниту к магниту. Ирншоу? Даже с нагрузкой из пары-другой наших магнитных монет по бокам!
"Суммарный импульс системы из N частиц является постоянной величиной"
Итак, кто сможет написать формулу движения линейно-горизонтального магнита-катка-маятника (маятника, маятника! Магнита-самоката ) над/под/вдоль "тропинки" из неограниченного количества магнитных секций для суммирования периода качения. По аналогии с пружинным маятником, хотя бы? МФТИ? Но приоритет такого маятника, настоящим, оставляю за собой - Ваш Пастух Евфграфович Так как в литературе это не описано и видеоконтента нет и формул нет и намеков нигде, на цепочный магнит-маятник, нет.
Интересно, а в условиях МКС суммарный импульс магнитной системы сможет обеспечить искусственную гравитацию, ведь всё относительно? Надо бы смоделировать, сконструировать и математически исследовать такую систему! Или замыкать тропинку-ленту с магнитами в орбиту, приземно-вертикальную, с линейным участком и магнитным разрывом, теоретически нельзя?
А практически?
Если Евгений Алексеевич знает такого(кую) физика-математика было бы здорово..., а то МФТИ, МФТИ... - Здравствуй МФТИ!
Нужен расчет условий вращения и формы самой орбиты - магнитной цепочки-тропинки из будущей легкой магнитной наноплёнки.
- Но это невозможно!Закон сохранения энергии!
- И все же, кое у кого, она уже крутится, только непонятно почему...
"Сила трения качения это самая небольшая сила трения".
Вот и прокатимся на компьютерном симуляторе вокруг Земли или Луны или Марса или под водой, по воде или прямо сквозь огонь, ... на безостановочном (уже многоколёсном) магнит-каток маятнике, согласно новой формуле.
- Стол, дюжина магнитов для начала, кусок пластилина и... : "Поехали!"
Ах, да: в радиусе до 1 метра - никаких магнитных материалов! Магниты хрупкие! Будьте осторожны! Избегайте длительного влияния сильного магнитного поля на молодой перспективный организм! Не пытайтесь замкнуть орбиты с маленьким радиусом - всё быстро остановится, весь Интернет в таких неудачах. Помните о свойствах и будущей пользе дырочки в центре магнит-каток маятника (момент инерции, доставка полезных грузов...). Интересно выстроить магнит-парад параллельно магнитному экватору Земли. Но не ускоряйте сильно вращение нашей планеты, я её и так уже немного разогнал, пожалуйста
P.S.
Итак, трением можно пока пренебречь.
А если кто-то догадался, что под-вдоль (для курсовой устойчивости) магнитной тропинки "магниту-импульсу" можно лететь-планировать по волнистой траектории, Вы - очень догадливы, действительно можно. У меня получилось. Аэродинамическое качество магнитного диска до 14-21, с малюсенькими "нарисованными" нанокрылышками... Это точно потянет на грант , там надо сопрягать массы, силы, точку отрыва, углы наклона мощной магнит-планеты и легкого ИМС, разнос, полярности, масштабировать... и всё с большой точностью.
Но! Когда отпустите пальчик с вашей магнитной птички и она, пролетая под магнит-планетой, застыв на мгновенье, кивнет вам и начнет планировать...
Пастух Евфграфович, 05 октября 2021 16:58 
Домашка: "Цепочный магнит-маятник. Практическая возможность транзитного движения."
В одном шаге от ...
Одна из интересных практик, учитывающая масштабируемость-добротность и относительность, состоит в том, что магнитная орбита-тропинка из связанных магнитов-планет... может равномерно двигаться по поверхности относительно неподвижного магнита-звезды, от начала и до конца (и даже упасть со стола, что важно). При этом масса орбиты-тропинки может превышать массу магнита-звезды.
Это просто завораживающее зрелище и кипение мыслей! Перед нами элементы совмещения/разделения гравитационного и магнитного маневрирования?

"То есть отсутствие внешних сил, действующих на систему, достаточно, но не необходимо для выполнения закона сохранения импульса."
Понятно, о чём вы сразу подумали...
Вот и попытайтесь-ка сами эффективно замкнуть магнитную орбиту.
Улучив квантовый момент!

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

 

Ежик в тумане
Ежик в тумане

NAUKA 0+ Фестиваль науки в Москве
8-10 октября в Москве проходит Фестиваль науки NAUKA 0+. В этом году фестиваль соберёт учёных со всех шести континентов нашей планеты, лучших исследователей из России, лауреатов государственных премий, молодых учёных, и, конечно, лауреатов Нобелевской премии.

Названы лауреаты Нобелевской премии по химии
Нобелевскую премию по химии за 2021 год присудили Бенджамину Листу и Дэвиду Макмиллану за разработку методов асимметричного органокатализа

Названы лауреаты Нобелевской премии по физике
Нобелевскую премию по физике за 2021 год присудили трем ученым — Сюкуро Манабе, Клаусу Хассельману и Джорджио Паризи.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2021
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 8, 9, 10 и 11 июня 2021 г. Начало защит в 11.00. Защиты пройдут с использованием дистанционных образовательных технологий.

Академик Е.Н. Каблов: «Для освоения космоса нужны новые материалы»
Янина Хужина
В этом году весь мир отмечает 60-летие первого полета человека в космос. Успех миссии Юрия Гагарина стал возможен благодаря слаженной работе многих людей: физиков, математиков, конструкторов, инженеров-проектировщиков и, конечно, материаловедов. «Научная Россия» обсудила с академиком РАН Евгением Кабловым основные вехи в развитии космического и авиационного материаловедения.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2021 году
коллектив авторов
25 - 28 мая пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
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.