一、GMR效應(yīng)的簡介
2007年諾貝爾物理學(xué)獎分別授予來自德國于利希亥姆霍茲研究中心的彼得·格林貝格爾(Peter Gruenberg)和來自法國巴黎第十一大學(xué)的阿爾貝·費爾(Albert Fert)教授。這兩位獲獎?wù)咴谏鲜兰o80年代獨立進行巨磁阻(GMR)研究,因相繼發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)而雙雙榮獲本年度諾貝爾物理學(xué)獎。外部磁場通過巨磁阻效應(yīng)可使磁性材料薄層的電阻發(fā)生巨大變化。GMR效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為結(jié)構(gòu)緊湊的計算機硬盤的全新讀取磁頭的開發(fā)鋪平了道路,可將個人計算機、便攜式音樂播放器(MP3播放器)和攝像機的硬盤存儲容量提高至數(shù)吉字節(jié)。
GMR效應(yīng)是由幾納米厚的多層金屬膜的磁場產(chǎn)生的電阻變化導(dǎo)致的。簡單來說,該金屬膜由具備固定的穩(wěn)定磁化方向(參考方向)的參考層和磁化方向由外部磁場決定(如指南針)的傳感層構(gòu)成。傳感層和參考層通過僅為幾個原子厚的銅層隔開,從而產(chǎn)生GMR效應(yīng)。施加的磁場和傳感器參考層之間的角度決定了金屬膜的電阻變化。
二、GMR效應(yīng)的發(fā)展狀況
巨磁電阻效應(yīng)自發(fā)現(xiàn)以來即引起各國企業(yè)界及學(xué)術(shù)界的高度重視,GMR效應(yīng)已成為當前凝聚態(tài)物理5個熱點之一。1994年,美國的NVE公司首先實現(xiàn)巨磁電阻(GMR)效應(yīng)的產(chǎn)業(yè)化,并銷售巨磁電阻磁場傳感器。1998年,美國的IBM公司成功地把GMR效應(yīng)應(yīng)用在計算機硬盤驅(qū)動器上,研制出巨磁電阻(GMR)磁頭。巨磁電阻(GMR)磁頭的應(yīng)用帶動了計算機產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,打破了信息高速公路圖像傳遞存儲的瓶頸,目前存儲密度已高達56GB/平方英寸。世界GMR磁頭的市場總額每年400億美元。更令人可喜的是,2001年美國的摩托羅拉公司宣布成功研制出GMR磁隨機讀取存儲器,這種存儲器將預(yù)示1000億美元的市場容量。隨著人們對GMR效應(yīng)深入的研究和開發(fā)利用,一門以研究電子自旋作用為主同時開發(fā)相關(guān)特殊用途器件的新學(xué)科---自旋子學(xué)逐漸興起起來。最近,美國自然科學(xué)基金會(NSF)提出:自旋子學(xué)科的發(fā)展及應(yīng)用將預(yù)示著第四次工業(yè)革命的到來。通過香山科學(xué)會議,我國制定了GMR高技術(shù)研究開發(fā)計劃,并把GMR效應(yīng)的研究及應(yīng)用開發(fā)列為我國將要重點發(fā)展的七個領(lǐng)域之一。但是由于技術(shù)、資金及設(shè)備等諸多因素,GMR的研究在國內(nèi)還局限于實驗室的水平。