解读07科学诺奖：我把这想法放在了冰箱

　　巨磁阻效应：“我把这个想法放在了冰箱里……”

　　2008年5月的某个时候，人类迄今为止建造的最大型粒子加速器――大强子对撞机（LHC）将投入运行，这个庞然大物产生的数据量将是空前的：它将日以继夜地以每秒100兆字节的速率为物理学家提供数据（这相当于在不到一分钟的时间内填满一张普通的DVD光盘），最终这些数据将保存在计算机硬盘上。倒退几年，存储这些天文数字般的数据几乎是一项不可能的任务。

　　由于两位2007年诺贝尔物理学奖获得者的工作，不仅仅是贮存超级加速器的数据，在口袋里携带成千上万首歌曲也成为现实。不论你在纸上或是在电脑里读到的文本，其中都离不开他们的发现。10月9日,瑞典皇家科学院宣布，法国巴黎南大学（巴黎第十一大学）的阿尔贝·费尔（AlbertFert）和德国于利希研究中心的彼得·格林贝格尔（PeterGrünberg）获得了本年度的诺贝尔物理学奖。

　　评奖委员会说，他们获奖的原因是由于发现了“巨磁阻效应”，“正是由于这种技术，近年来硬盘才可能变得极为微型化”。

　　“我相信这是一个绝妙的例子，表明了一个意外的科学发现如何能够对技术产生超乎寻常的影响――磁存储技术产生了显著的增长。”美国加州大学圣塔芭芭拉分校物理系的大卫·奥斯查姆（David Awschalom ）教授告诉笔者。用磁场贮存信息有很长的历史。盒式录音带把声音以强弱不同的磁场的形式记录下来。在电脑里也有一个类似的装置。这个称作硬盘驱动器的装置最初是由国际商用机器公司（IBM）于1956年开发的。信息以微小的磁场区域的形式保存在硬盘上。为了不断提高硬盘的存贮容量，磁场区域就要缩小，磁场也就越弱。这就需要更加灵敏的磁头（传感器）来读出这些磁场所保存的信息。

　　在1997年之前，硬盘的磁头通常利用一种称作“磁阻”的物理现象工作――早在150年前，英国物理学家开尔文勋爵就发现了磁场的变化可以改变铁和镍等导体的电阻。不过，磁阻磁头的灵敏度很低，它的电阻变化范围只有百分之几。

　　1988年，费尔和格林贝格尔各自独立发现，如果用铁和铬制成夹层只有数十个原子厚度的薄膜电阻，磁场的变化导致的电阻变化大得令人吃惊。因此这种现象被称作“巨磁阻”。

　　在发现巨磁阻效应之前，物理学家就已经知道了这种效应的原理：在金属中负责导电的电子拥有一种称为“自旋”的量子力学属性。磁场的方向会影响到不同自旋方向的电子在导体中运动的能力，也就影响了导体的电阻。

　　但是当时利用电子自旋的技术还不成熟。“我把这个想法放在了冰箱里，”费尔在接受《科学》杂志网站采访时说，“然后到了80年代，制造这类材料才变得有可能。”因此，诺贝尔奖委员会将巨磁阻效应称作“充满希望的纳米技术领域最早的实际应用之一”。

　　费尔和格林贝格尔在实验室制造的巨磁阻器件费时费力，而且难于大规模生产。感谢IBM的研究员斯图尔特·帕金（StuartParkin），他改进了巨磁阻器件的生产方法，让工厂可以批量生产巨磁阻器件。1997年，硬盘开始使用巨磁阻磁头，其容量也开始出现另一次飞跃。

　　“帕金博士帮助把这些发现变成了可制造的技术，而且他对商业领域也有巨大的影响。”奥斯查姆说。不过，帕金的名字并没有出现在这次物理奖的获奖名单上。

　　巨磁阻效应不仅最终导致了iPod等便携式硬盘音乐播放器的出现，它还标志着一门新的学科“自旋电子学”的开始。通过巧妙地操纵电子的自旋，科学家预测，在不久的将来可能出现关闭电源也不会丢失信息的计算机内存。
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