Press Release

9 October 2007

The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Physics for 2007 jointly to

Albert Fert
Unité Mixte de Physique CNRS/THALES, Université Paris-Sud, Orsay, France,

and

Peter Grünberg
Forschungszentrum Jülich, Germany,

"for the discovery of Giant Magnetoresistance".

 

Nanotechnology gives sensitive read-out heads for compact hard disks

This year's physics prize is awarded for the technology that is used to read data on hard disks. It is thanks to this technology that it has been possible to miniaturize hard disks so radically in recent years. Sensitive read-out heads are needed to be able to read data from the compact hard disks used in laptops and some music players, for instance.

In 1988 the Frenchman Albert Fert and the German Peter Grünberg each independently discovered a totally new physical effect – Giant Magnetoresistance or GMR. Very weak magnetic changes give rise to major differences in electrical resistance in a GMR system. A system of this kind is the perfect tool for reading data from hard disks when information registered magnetically has to be converted to electric current. Soon researchers and engineers began work to enable use of the effect in read-out heads. In 1997 the first read-out head based on the GMR effect was launched and this soon became the standard technology. Even the most recent read-out techniques of today are further developments of GMR.

A hard disk stores information, such as music, in the form of microscopically small areas magnetized in different directions. The information is retrieved by a read-out head that scans the disk and registers the magnetic changes. The smaller and more compact the hard disk, the smaller and weaker the individual magnetic areas. More sensitive read-out heads are therefore required if information has to be packed more densely on a hard disk. A read-out head based on the GMR effect can convert very small magnetic changes into differences in electrical resistance and there-fore into changes in the current emitted by the read-out head. The current is the signal from the read-out head and its different strengths represent ones and zeros.

The GMR effect was discovered thanks to new techniques developed during the 1970s to produce very thin layers of different materials. If GMR is to work, structures consisting of layers that are only a few atoms thick have to be produced. For this reason GMR can also be considered one of the first real applications of the promising field of nanotechnology.

Read more about this year's prize

Information for the Public

Scientific Background (pdf)

In order to read the text you need Acrobat Reader.

Links and Further Reading

---

Albert Fert, French citizen. Born 1938 in Carcassonne, France. Ph.D. in 1970 at Université Paris-Sud, Orsay, France. Professor at Université Paris-Sud, Orsay, France, since 1976. Scientific director of Unité mixte de physique CNRS/Thales, Orsay, France, since 1995.
www2.cnrs.fr/en/338.htm

Peter Grünberg, German citizen. Born 1939 in Pilsen. Ph.D. in 1969 at Technische Universität Darmstadt, Germany. Professor at Institut für Festkörperforschung, Forschungszentrum Jülich, Germany, since 1972.
www.fz-juelich.de/portal/gruenberg_e


Prize amount: SEK 10 million to be shared equally between the Laureates

Contact persons: Erik Huss, Press Officer, Phone +46 8 673 95 44, mobile +46 70 673 96 50, erik.huss@kva.se
Ulrika Björkstén, Scientific editor, mobile +46 70 206 67 50, ulrika.bjorksten@kva.se

The Royal Swedish Academy of Sciences, founded in 1739, is an independent organisation whose overall objective is to promote the sciences and strengthen their influence in society. Traditionally, the Academy takes special responsibility for the natural sciences and mathematics.

 

 The Nobel Prize in Physics 2007

 

جایزه نوبل فیزیک 2007

جایزه نوبل فیزیک 2007 به علت کشف پدیده مقاومت الکتریکی غول آسا GMR¹ به طورمشترک به Albert Fert  فرانسوی و Peter Grünberg  آلمانی اهدا می شود.کاربرد این پدیده درفن آوری بازخوانی اطلاعات ذخیره روی دیسکهای سخت است.همچنین این پدیده نقش مهمی در تنوع حس گرهای مغناطیسی وتوسعه نسل جدید الکترونیک دارد.استفاده ازمقاومت الکتریکی غول آسا GMR اولین کاربردعمده نانوتکنولوژی است.

امروزه شاهدپیشرفت تکنیکهای ذخیره سازی اطلاعات درکامپیوترهامی باشیم.امروزه حجم دستگاههای ضبط اطلاعات درکامپیوترهای خانگی ، کامپیوترهای لب تاپ ودستگاههای ذخیره موسیقی( mp3,mp4 players) روز به روزکاهش می یابد.نمودارزیرتغییرات روشهای ساخت و میزان ذخیره سازی اطلاعات ودلیل اعطای این جایزه به نانوتکنولوژیستهارانشان می دهد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقاومت الکتریکی ومغناطیس :

درست 150 سال پیش درسال 1857 فیزیکدان انگلیسی لرد کلوین(W. Thomson ) موضوعی رامنتشرکردکه نشان داد مقاومت الکتریکی براثر میدان مغناطیسی تغییرمی کند.او نوشت: من متوجه شدم وقتی آهن درمعرض میدان مغناطیسی قرارمی گیردافزایش مقاومتی درراستای خطوط میدان وبسته به شرایط ،کاهش مقاومتی درراستای عمودبر میدان مغناطیسی ازخودنشان می دهد. این اختلاف مقاومت حالت موازی ومتعامد، مقاومت مغناطیسی نامتقارنAMR²    نامیده می شود.  نامیده می شود. این پدیده در کشف  امروزی GMR نامیده می شود.فلزات رسانای الکتریسته هستند ورسانش آنهابراثر جابجایی الکترونها ی آزاد است. هرچه مسیرآزاد الکترونها طولانی تر باشدمقاومت الکتریکی کمتراست.مقاومت الکتریکی فلز براثرانحراف الکترون از مسیرمستقیم یابی نظمی ها یا ناخالصیهای ماده باشد.

 

 

دریک ماده مغناطیسی الکترونهاتحت تأثیرمیدان مغناطیسی قرارمی گیرند. ارتباط تنگاتنگ مغناطش موادومقاومت الکتریکی موضوع GMR است.

 

 

 

درموادمغناطیسی اکثراسپینهای الکترونهاموازی هستند اما تعدادکمی ازاسپینهاناموازی استواین امربه افزایش مقاومت الکتریکی وبویژه درمرزاتصال موادمختلف کمک می کند.

درمثال زیر ساده ترین نمونه سیستم GMR تشریح می شود. این سیستم شامل یک لایه غیرمغناطیسی است که بین دولایه فرومغناطیس قرارگرفته ست.درموادمغناطیسی وبویژه درمرز اتصال موادمغناطیسی وموادغیرمغناطیسی الکترونهایی که اسپین متفاوت دارندبطورمتفاوت پراکنده می شوند. دراینجاگوشزدمی کنیم الکترونهایی که اسپین ناموازی با اکثریت الکترونهادارندبیشترپراکنده می شوند.پس مقاومت الکتریکی براثراین دسته از الکترونها بیشتر ازالکترونهایی است که اسپین موازی دارند.وقتی الکترونها به مرزیک ماده غیرمغناطیسی واردمی شوندهمه آنهاصرف نظراز اسپین به یک اندازه پراکنده می شوند.باردیگردرمحل اتصال دوم ودرآخرین لایه مغناطیسی الکترونهای بااسپین ناموازی بیشترازالکترونهای اسپین موازی پراکنده می شود.دراین صورت وقتی دولایه مغناطیسی مغناطش هم جهت داشته باشندبیشترالکترونهای آن اسپین موازی دارندوبه آسانی ازماده می گذرند.بدین ترتیب مقاومت الکتریکی کوچک خواهدبود.اما وقتی مغناطش دولایه مخالف باشند تمام الکترونهای آن دارای اسپین ناموازی دریکی ازدولایه می شوند واین بدین معنی است که هیچ الکترونی نمی تواندبه آسانی عبورکندومقاومت الکتریکی افزایش می یابد.

 

If the direction of the magnetization is the same in both magnetic layers the electrons with parallel spin (red) can pass through the entire system without scattering to any great extent. The total

resistance of the system will therefore be small.

If the direction of magnetization in the two magnetic layers is opposed, all the electrons will have anti-parallel spin in one of the layers and will therefore scatter a great deal. As a result the total resistance is high.

 

حال ساختمان یک هد دیسک خوان را که از این تکنیک استفاده می کند تصور کنید مغناطش لایه اول انجام شده در حالی که مخناطش لایه سوم آزاد و تعویض پذیر است و می تواند تحت تأثیر میدان مغناطیسی دیسک سخت قرار گیرد. مغناطش دو لایه ی هد دیسک خوان به طورمتناوب موازی و ناموازی می شود این باعث تغییر مقاومت الکتریکی و جریان الکتریکی هد می شود. جریان الکتریکی مانند سیگنالی عمل می کند که می تواند مشابه صفر و یک در دستگاه عدد نویسی دودویی باشدکه اساس کاراطلاعات کامپیوترهاست.

Albert Fert و Peter Grünberg کاربردهای علمی این پدیده را منتشر کردند برای  اقتصادی کردن این فن آوری باید یک فرآیند صنعتی برای ایجاد لایه ها به وجود آید. تحقیق Grünberg  و Fert آزمایشگاهی و پر هزینه بود برای تولید انبوه باید چاره ای اندیشید. بر همین اساس Stuart Parkin       انگلیسی که در آمریکا کار می کند نشان داد که تکنیک لایه پوشانی در خلأ امکان پذیر است. اولین هد GMR در سال 1997 تولید شد. الکترونیک جدید بر پایه اسپین الکترون ها بنا می شود و می توان آن را اسپین ترونیک نامید .یکی از کاربردهای اسپین ترونیک می تواند استفاده از MRAM³  به جای RAM⁴ در کامپیوتر ها باشد یکی از معایب حافظه ی RAM این است که اطلاعات آن بر اثر قطع برق از بین می رود اما با استفاده از تکنیک MRAM  در خواندن و نوشتن اطلاعات می توان این نقص را بر طرف کرد که یکی از کاربردهای مهم اسپین ترونیک است.   

 

جایزه نوبل فیزیک 10 میلیون کرون سوئداست که بطور مساوی بینAlbert Fert   وPeter Grünberg تقسیم می شود.

 

مترجم وتهیه کننده :

علی اصغر محبی

دبیرفیزیک – منطقه خوروبیابانک – استان اصفهان

 

منابع:

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/The Nobel Prize in Physics 2007

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/info.pdf

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/phyadv07.pdf

Albert Fert, French citizen. Born 1938 in Carcassonne, France. Ph.D. in 1970 at Université Paris-Sud, Orsay, France. Professor at Université Paris-Sud, Orsay, France, since 1976. Scientific director of Unité mixte de physique CNRS/Thales, Orsay, France, since 1995.

www2.cnrs.fr/en/338.htm

Peter Grünberg, German citizen. Born 1939 in Pilsen. Ph.D. in 1969 at Technische Universität Darmstadt, Germany. Professor at Institut für Festkörperforschung, Forschungszentrum Jülich, Germany, since 1972.
www.fz-juelich.de/portal/gruenberg_e

پی نوشتها:

1- GMR: Giant Magnetoresistance

2- AMR: Anisotropic Magnetoresistance

3- MRAM: Magnetic Random Access Memory

4- RAM: Magnetic Random Access Memory