Nanotechnologia twardego dysku

Naukowcy pracujący niezależnie od siebie w roku 1988 roku odkryli zjawisko z dziedziny fizyki kwantowej, zwane gigantycznym magnetooporem (w skrócie GMR). Osiągnięcie laureatów utorowało drogę nanotechnologii do zastosowań w technice, w urządzeniach, których używamy na co dzień. Efekt gigantycznego magnetooporu zrewolucjonizował metody odczytywania danych z twardych dysków komputerów i urządzeń przenośnych. Pozwolił na ich miniaturyzację.

„Odkryte przez tegorocznych laureatów zjawisko gigantycznego magnetooporu można uznać za jedno z pierwszych udanych zastosowań w obiecującej dziedzinie nanotechnologii w elektronice” – napisała Szwedzka Królewska Akademia Nauk w uzasadnieniu werdyktu. Laureaci fizycznego Nobla otrzymają złote medale i dyplomy oraz solidarnie podzielą między siebie 10 mln szwedzkich koron.

Dzięki odkryciom Ferta i Grünberga możemy cieszyć się coraz mniejszymi komputerami przenośnymi, ale także konsolami gier, dyktafonami, kamerami czy odtwarzaczami muzyki mieszczącymi tysiące piosenek. Wykorzystaniu przez przemysł gigantycznego magnetooporu zawdzięczamy także niesłychaną karierę wyszukiwarek internetowych, takich jak Google. Bez prac Alberta Ferta oraz Petera Grünberga nie byłoby dysków wielkiej pojemności, które są niezbędne dla działania Internetu.

– To przykład odkrycia, które błyskawicznie znalazło zastosowanie praktyczne – powiedział agencji PAP doc. Andrzej Wiśniewski z Instytutu Fizyki PAN. – Podstawowym zastosowaniem jest w tym przypadku nowa generacja głowic do odczytu magnetycznego, które są dzisiaj w zdecydowanej większości komputerów – wyjaśnił Wiśniewski.

Nobliści odkryli zjawisko gigantycznego magnetooporu w 1988 roku. Prowadząc eksperymenty, odkryli, że w kilku bardzo cienkich warstwach materiału ferromagnetycznego przełożonego materiałem, który nie wykazuje właściwości magnetycznych, małym zmianom pola magnetycznego odpowiadają ogromne różnice w oporze elektrycznym. Przy czym grubość tych warstw musi być bardzo mała, zaledwie kilku, najwyżej kilkunastu, atomów. Obaj uczeni, mimo że prowadzili nieco odmienne eksperymenty, doszli do tych samych rezultatów. Odkryli zjawisko, którego wcześniej fizyka nie znała. Występowanie gigantycznego magnetooporu otworzyło ścieżkę nowych poszukiwań fizyki kwantowej. Pole magnetyczne powoduje, że elektrony zgodnie z zasadami fizyki kwantowej poruszają się z trudem, a w takim przypadku rośnie opór elektryczny.

Odkrycie uczonych prawie natychmiast wykorzystali elektronicy, zjawisko szybko znalazło zastosowanie do odczytywania danych z dysków stosowanych powszechnie w komputerach i innych urządzeniach.

Twardy dysk to okrągła, wirująca płyta pokryta materiałem magnetycznym (dzisiaj zazwyczaj jest to kilka płyt). Namagnesowując w różny sposób poszczególne punkty płyty, można zapisać informację w formie zer i jedynek. Im mniejszy jest ślad zapisu, tym więcej informacji zmieści się na dysku o takich samych wymiarach, ale też tym trudniej je odczytać. Stosowane do tego maleńkie głowice unoszą się nad powierzchnią dysku na wysokości zaledwie 25 nanometrów (nanometr to jedna miliardowa część metra) na poduszce powietrznej, która powstaje dzięki szybkiemu wirowaniu dysku.

Odkrycie Ferta i Grünberga otworzyło nowe możliwości miniaturyzacji dysków. Wcześniej do odczytywania dysków stosowano cewki, które poruszając się w polu magnetycznym, wytwarzały słaby prąd. Dzięki zjawisku odkrytemu przez obu laureatów tegorocznego Nobla można było skonstruować głowicę z wielu supercienkich warstw materiałów o różnych właściwościach magnetycznych. Wtedy pole magnetyczne może ogromnie zmieniać opór elektryczny głowicy odczytującej.

W ten sposób powstał nowy rodzaj głowicy odczytującej nazwanej GMR. Na rynek pierwsze głowice tego typu wprowadziła firma IBM w 1997 roku. Dzisiaj jest to już technologia stosowana powszechnie.

Zjawisko, za które zostali uhonorowani uczeni, którzy wczoraj otrzymali Nagrodę Nobla, wykorzystano również w produkcji czujników pola magnetycznego nowej generacji. Te zaś mają zastosowanie m.in. w instrumentach pomiarowych sond kosmicznych.

– Zjawisko gigantycznego magnetooporu może być wykorzystywane także w motoryzacji – podkreśla doc. Wiśniewski. – Nie zdziwiłbym się, gdyby w najnowszych samochodach było zastosowane rozwiązanie oparte na wykorzystaniu tego zjawiska – powiedział Wiśniewski.

miłośnik jazzu, filmów Allenai windsurfingu, profesor fizyki na Uniwersytecie Paris-Sud w Orsay we Francji

Wiedziałem, że może się to wydarzyć, a mimo to czuję się zaskoczony – przyznaje świeżo upieczony noblista. I dodaje: – Cieszę się, że mogę dzielić nagrodę z Peterem Grünbergiem, którego podziwiam i który jest bardzo sympatyczny.

Albert Fert urodził się 69 lat temu w Carcassonne w południowej Francji. Jego ojciec był fizykiem, matka nauczycielką.

– Jest człowiekiem bardzo aktywnym – mówi jego współpracownik, prof. Józef Barnaś z Poznania. – Tryska wręcz energią. Potrafi organizować kilka rzeczy naraz i nad wszystkim udaje mu się świetnie panować. Tegoroczny laureat Nagrody Nobla potwierdza, że zawsze był wysportowany. Przez 20 lat grał w rugby. Obecnie uprawia windsurfing. – Sport stanowi odskocznię od pracy – tłumaczy Fert. Jednocześnie przyznaje się do innych, pozanaukowych pasji. – Kocham filmy Woody’ego Allena i Pedro Almodovara – zwierza się agencji AFP. Jest też miłośnikiem jazzu. Do swoich ulubionych muzyków zalicza Theloniousa Monka, Charlie Parkera, Johna Coltrane’a i Keitha Jarretta.

Swoją karierę naukową rozpoczął od nauki w paryskiej szkole Ecole Normale, gdzie zdobył dyplom z matematyki i fizyki. Potem był asystentem na uniwersytecie w Grenoble, tytuł magistra obronił na Sorbonie. W latach 1964 – 1965 odbywał służbę wojskową, po której przeniósł się na uniwersytet Paris–Sud w Orsay. Tu w 1970 roku obronił pracę doktorską na temat właściwości przewodzących żelaza i niklu. Od ponad 30 lat pracuje na tej uczelni jako profesor fizyki.

Fert jest laureatem wielu prestiżowych nagród naukowych. Ostatnio m.in. otrzymał Japan Prize 2007, a wcześniej izraelskie wyróżnienie Wolf Prize. Żonaty, ma dwójkę dzieci.

człowiek konsekwentny i ciekawy świata, profesor w Instytucie Fizyki Ciała Stałego Centrum Badawczegow Juelich w Niemczech

Mogę teraz prowadzić swoje badania bez uczucia presji – tak na wiadomość o Noblu zareagował Peter Grünberg. Ma 68 lat. Urodził się w czeskim Pilznie tuż przed wybuchem II wojny światowej. W 1946 roku jego rodzina zamieszkała w zachodnich Niemczech. Wczoraj zdobycia nagrody gratulowała mu kanclerz Angela Merkel.

Czy spodziewał się Nobla? – Częściowo tak, częściowo nie – powiedział w wywiadzie dla szwedzkiego radia. – Już wcześniej dostałem kilka nagród (Japan Prize, nagrodę izraelskiej Fundacji Wolfa czy Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego – red.). Ludzie mówili, że jeszcze jednej brakuje. W tym sensie byłem na nią przygotowany.

Współpracownik Grünberga, Polak, prof. Józef Barnaś z Poznania, mówi, że to człowiek niezwykle konsekwentny, rzetelny i spokojny. Inny z polskich naukowców zdradził „Rz”, że noblista cierpi na poważną chorobę – parkinsona.

Kształcił się na Uniwersytecie Johanna Wolfganga Goethego we Frankfurcie. Po zrobieniu w 1969 r. doktoratu na Uniwersytecie w Darmstadt wiele podróżował. Wyjechał do Kanady. Pracował też w Japonii i Stanach Zjednoczonych. W końcu związał się z Instytutem Fizyki Ciała Stałego przy centrum badawczym Juelich, gdzie stał się wiodącym specjalistą w dziedzinie zjawisk magnetycznych.

– Najpiękniejsze jest to, że dzięki tej nagrodzie nie będę się musiał obawiać, że ze względu na wiek nie wpuszczą mnie do laboratorium – dodał szczęśliwy prof. Grünberg. – A dla mnie, człowieka ciekawego świata, byłoby to nie do zniesienia.

Tym bardziej że noblista ma już badawcze plany na przyszłość – zapowiada agencja DPA. Prywatnie jest żonaty, ma trójkę dzieci. W wolnych chwilach gra w tenisa.

i.r., afp, ap, pap

prof. Józef Barnaś,Instytut Fizyki UAM w Poznaniuwspółpracownik noblistów

Pierwszy raz spotkałem prof. Grünberga w 1988 roku, kiedy wyjechałem do Niemiec, by prowadzić z nim badania. Trafiłem do Juelich, gdzie znajduje się jeden z najlepszych ośrodków badawczych w Europie. Potem spotykaliśmy się jeszcze kilkakrotnie, podobnie jak i z prof. Fertem. Obaj gościli w Polsce. Z tego, co wiem, kilka razy byli nominowani do Nobla. Myślę, że spodziewali się tej nagrody. Jej otrzymanie było kwestią czasu.

not. i.r.

prof. Henryk Szymczak, Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie

Od samego początku, tj. od odkrycia w 1988 roku, było oczywiste, że jego autorzy dostaną Nobla. Udało im się wyjść naprzeciw dążeniom, by na jak najmniejszej powierzchni zapisać jak najwięcej informacji. Nagroda należała się za połączenie wiedzy fizycznej z zastosowaniem praktycznym. Rok 1988 jest w odczuciu środowiska naukowego początkiem rozwoju nowej dziedziny – spintroniki. Mam nadzieję, że kiedyś Nobla za badania na tym polu otrzyma Polak prof. Tomasz Dietl.

prof. Józef Spałek,Instytut Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie

Komitet Noblowski słusznie uhonorował parę naukowców. W dziedzinie nanotechnologii ich prace można uznać za pionierskie. Do tego są niesamowicie przydatne. Odkryte zjawisko znalazło zastosowanie m.in. w budowie głowic twardych dysków. W przyszłości może prowadzić do powstania komputerów kwantowych. Będzie to prawdziwa rewolucja – zmieni się sposób zapisu informacji.