211service.com
Hard Drive Advance zdobywa Nagrodę Nobla
Tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki została przyznana dwóm badaczom, którzy odkryli właściwość magnetyczną, która otworzyła drogę dzisiejszym szybkim i kompaktowym dyskom twardym, umożliwiając wszystko, od iPodów po ogromne centra danych, które służą jako szkielet Internetu. Odkrycie pomogło zwiększyć gęstość przechowywania danych co najmniej o rząd wielkości. I toruje drogę kilku eksperymentalnym technologiom, które mogą go jeszcze bardziej zwiększyć.
Nagrodzone bity: Ten dysk twardy firmy IBM, podobnie jak większość dzisiejszych dysków twardych, wykorzystuje efekt odkryty przez tegorocznych laureatów nagrody Novel Prize w dziedzinie fizyki.
Albert Fert , dyrektor naukowy w CNRS-Thales Joint Physics Unit we Francji oraz Piotr Grünberg , niedawno przeszedł na emeryturę jako naukowiec w Centrum Badawczym Jülich w Niemczech, niezależnie odkrył właściwość, którą Fert nazwał gigantyczną magnetorezystancją (GMR) w 1988 roku. GMR umożliwia umieszczenie znacznie większej ilości informacji na dysku twardym poprzez znaczne zwiększenie czułości detektorów używanych do odczytywania bitów informacji. W ciągu 10 lat od jego odkrycia dyski twarde oparte na efekcie zostały skomercjalizowane przez IBM.
Przed odkryciem GMR dyski twarde opierały się na zjawisku zwanym magnetooporem, które było rozumiane od ponad 100 lat. W przypadku magnetooporu pole magnetyczne zmienia opór elektryczny w materiale, powodując wymierne zmiany prądu elektrycznego. W dyskach twardych ta właściwość była wykorzystywana do wykrywania bitów informacji – regionów na dysku, które namagnesowały się w jednym z dwóch kierunków. Gdy głowa przechodzi przez taki obszar, jej pole magnetyczne zmienia przepływający w głowie prąd, rejestrując a jeden lub 0 . Jednak technologia napotkała problemy, gdy gęstość pamięci wzrosła, a naukowcy opracowali sposoby zapisywania coraz mniejszych bitów. Mówi się, że konwencjonalne czujniki coraz trudniej wykrywały bity magnetyczne przechowywane na dysku twardym David awschalom , profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara. Przemysł stanął w obliczu tego ceglanego muru. Jak umieścić więcej informacji na dysku i nadal je czytać?
Odkrycie Ferta i Grünberga doprowadziło do powstania nowych czujników, które wykazują olbrzymią zmianę oporu elektronicznego, gdy napotykają pole magnetyczne. Ta większa zmiana umożliwiła wykrywanie mniejszych bitów, dzięki czemu można wcisnąć na dysk znacznie więcej z nich. To jest powód, dla którego wiele lat temu wszyscy widzieliśmy bardzo silny wzrost gęstości pamięci masowej na naszych dyskach twardych, mówi Awschalom. Uderza to w konsumenta w bardzo duży sposób.
Efekt gigantycznej magnetorezystancji zależy od kwantowo-mechanicznej właściwości elektronów zwanej spinem, która ma związek z właściwościami magnetycznymi materiału. Prąd elektroniczny obejmuje elektrony o dwóch rodzajach spinu, oznaczonych w górę lub w dół. Podobnie materiały magnetyczne można namagnesować w różnych kierunkach, które można również wywoływać w górę iw dół. Łatwość, z jaką elektron może poruszać się w materiale magnetycznym, zależy od jego spinu. Jeśli spin elektronu jest w górę, będzie się on swobodnie poruszać przez magnes skierowany w górę, ale napotka opór w magnesie skierowanym w dół. Elektron o ruchu w dół będzie zachowywał się w odwrotny sposób.
Fert i Grünberg wykorzystali to zachowanie, łącząc dwie warstwy materiału, jedną namagnesowaną w górę, a drugą w dół. Następnie przyłożyli pole magnetyczne, które magnetyzowało oba w tym samym kierunku i zaobserwowali wpływ, jaki miało to na prąd przepływający przez warstwy. Odkryli, że gdy obie warstwy są zorientowane w tym samym kierunku, co najmniej jeden rodzaj elektronu może swobodnie przechodzić. Ale kiedy są zorientowane w przeciwnych kierunkach, oba rodzaje elektronów napotykają opór, powodując duży spadek prądu. Ponieważ efekt jest duży, pole magnetyczne nawet z małego kawałka wytwarza dostrzegalny sygnał, dzięki czemu możliwe jest wykrycie mniejszych kawałków.
Odkrycie szybko przyciągnęło uwagę badaczy na całym świecie ze względu na jego potencjał do ulepszania dysków twardych. Stuart Parkin, naukowiec z IBM Research, odkrył, że efekt można osiągnąć znacznie szybszymi i tańszymi metodami niż te stosowane przez Ferta i Grünberga. W międzyczasie trzeba było opracować kilka innych technologii, aby wykorzystać gigantyczną magnetooporność, w tym techniki zapisywania mniejszych bitów i bardziej precyzyjnego przesuwania głowic odczytująco-zapisujących. Kluczowym odkryciem naukowców z IBM była nowa konfiguracja warstw magnetycznych, która umożliwiła wytworzenie efektu za pomocą małych pól magnetycznych i wykorzystanie go w małych głowicach odczytu/zapisu dysków twardych.
Pierwszy dysk twardy oparty na GMR, 16-gigabajtowym dysku twardym wyprodukowanym przez IBM, pojawił się w 1997 roku. W ciągu następnych 10 lat technologia doprowadziła do powstania dysków twardych o pojemności 1000 gigabajtów (jeden terabajt). John Best , obecnie główny technolog w firmie Hitachi Global Storage Technologies w San Jose w Kalifornii. Kierował grupą w IBM, która opracowała pierwszą technologię głowicy odczytująco-zapisującej opartą na GMR. (Najnowsze z tych dysków twardych wykorzystują podobny efekt zwany magnetooporem tunelowym; podobnie jak GMR, wykorzystuje warstwy magnetyczne zorientowane w przeciwnych kierunkach, ale jest jeszcze bardziej czuły.)
Efekt GMR może być kluczem do kilku kolejnych generacji urządzeń pamięci, mówi Best. W miarę jak naukowcy opracowują nowe sposoby pakowania większej liczby bitów na dysku twardym, co prowadzi do dysków potencjalnie 50-krotnie gęstszych niż te dostępne obecnie, technologia związana z GMR będzie nadal wykorzystywana do wykrywania tych bitów, mówi. Ta właściwość ma również kluczowe znaczenie dla nowych typów urządzeń, w tym magnetycznej pamięci o dostępie swobodnym (MRAM), która jest nieulotna jak pamięć flash, ale szybsza i bardziej niezawodna. Inna eksperymentalna technologia zwana pamięcią toru wyścigowego, która jest obecnie opracowywana przez Parkin, wykorzystuje nowy rodzaj bitu pamięci, który jednak nadal można odczytać za pomocą urządzenia opartego na technologii GMR. Pamięć toru wyścigowego może ostatecznie łączyć najlepsze cechy dysków twardych, dysków flash i konwencjonalnej pamięci o dostępie swobodnym, służąc jako uniwersalne urządzenie pamięci. (Zobacz Lepszy układ pamięci i próby IBM ponownego wynalezienia pamięci .)
Rzeczywiście, przyznając nagrodę, komitet Nobla wskazał na szerokie znaczenie GMR w otwieraniu nowej nauki spintroniki, w której manipuluje się zarówno ładunkiem, jak i spinem elektronów. Odkrycie, które komisja określa jako jedną z pierwszych korzyści płynących z nanotechnologii, stało się z kolei siłą napędową nowych zastosowań nanotechnologii.