诺贝尔奖“相中”硬盘之父

事件

“今年的物理学奖授予用于读取硬盘数据的技术,得益于这项技术,硬盘近年来迅速发展,变得越来越小。”

——瑞典皇家科学院

2007年10月9日,瑞典皇家科学院宣布,法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因发现“巨磁电阻”效应共同获得2007年诺贝尔物理学奖。

两人之所以获得这个巨大的荣誉,是来自于19年前的一项科学发现,这项发现还让两人获得了另一个荣誉“硬盘之父”。

1988年,阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔各自独立发现了一种全新的物理效应----“巨磁电阻”。在这种效应中,电磁的极小变化可以引起系统电阻发生很大的变化。也就是说,非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化的特殊效应。当以电磁方式存储的信息需要转换成电流时,这种系统便是从硬盘上读取数据的一种完美的工具。

这一发现解决了制造大容量小硬盘最棘手的问题:当硬盘体积不断变小,容量却不断变大时,势必要求磁盘上每一个被划分出来的独立区域越来越小,这些区域所记录的磁信号也就越来越弱。利用MR(磁阻)技术,每平方英寸至多能够存储3.3 GB数据,而使用GMR技术能够每平方英寸能够存储进10 GB。

借助“巨磁电阻”效应,人们才得以制造出更加灵敏的数据读写头,使越来越弱的磁信号依然能够被清晰读出,并且转换成清晰的电流变化。不久,研究人员和工程师们开始努力将这种效应用于硬盘读写磁头。即使今天最新的磁盘读写技术也是在当初 GMR技术基础上的进一步发展。

在阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔发现这种全新的物理效应后,使计算机工业将海量信息存储在计算机硬盘中成为可能。在发现这一效应之初,费尔与格林贝格尔就认识到他们的发现会产生巨大影响。费尔在首次发表的关于该效应的出版物中,便预测说它会产生一系列重大应用。格林贝格尔则向前迈进了一步:在撰写第一篇介绍这一发现的科技文章时,格林贝格尔申请了专利。

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今年69岁的费尔现为法国国家科学研究中心-Thales 集团联合物理小组科学主管,而68岁的格林贝格尔是德国固态研究所教授。

这些年里计算机的发展表明,阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔的发现是一项重要的贡献。这一发现是对从硬盘上获取数据的技术革命,对制造各种磁传感器、开发新一代电子产品起到了主要作用。后来,这一技术用途甚广,从笔记本电脑到便携式音乐和视频播放器都离不开它。更为重要的是,两位科学家的发现使得计算机、iPod播放器和其他数字设备的体积大大缩小。

“没有这种发现,iPod就不会存在,”瑞典皇家科学院成员波耶·约翰逊说:“没有这种作用,你不可能拥有iPod。”

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美国物理研究院物理学家为发言人菲尔·舍维说,我几乎无法想象有哪一种应用比磁硬盘工业的影响还大。今天,很多设备都靠存储于一角硬币(美币)大小的东西中的数十亿字节工作。我们每个人都有三四个,甚至五个带有这种东西的设备,可能更多。

目前GMR技术仍然在继续发展。日立公司已经成功开发出可通过磁力使电阻改变100倍以上的巨磁电阻效应,这项成果制造出了表面记录密度超过1Tbit/in2的硬盘磁头

利用磁力来改变电阻的巨磁电阻效应在此前的MR磁头中仅为几个百分点,在当前的主流产品——GMR磁头中为数十个百分点,在正在逐渐推广的TMR磁头中,原理实验得出的数值约为400%。此次确认的库仑阻塞效果将巨磁电阻效应一下提高了100倍。

技术解读

一块硬盘是以极小的磁化区(磁区)形式存储信息(如音乐)的。读取信息时,读写磁头对磁盘进行扫描并记录磁变化。硬盘越小,密度越大,则每个磁区就越小,磁性越弱。如果要在一块硬盘上存放更密集的信息,则读写磁头的敏感度就要越高。基于GMR的读写磁头可以将极小的磁性转换成为电阻差,因此转换成为读写磁头发出的电流变化(值)。电流即是读写磁头发出的信号,其不同的力度表示为1和0。