巨磁電阻材料是指電阻隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變而發(fā)生顯著變化的材料,電阻的變化率一般達(dá)百分之幾,也有達(dá)百分之幾十的,最高可達(dá)百分之,這種磁電阻變化在納米薄膜材料中比較顯著。巨磁電阻薄膜材料的廣泛研究始于1988年Baibich等人的一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn),即在由Fe、Cr交替沉積形成的多層膜中發(fā)現(xiàn)了超過(guò)50%的磁電阻變化率,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了多層膜中層磁致電阻的總和,這種現(xiàn)象稱為巨磁電阻效應(yīng)(GMR)。
人們?cè)缇椭肋^(guò)渡金屬鐵、鈷、鎳能夠出現(xiàn)鐵磁性有序狀態(tài)。量子力學(xué)出現(xiàn)后,德國(guó)科學(xué)家海森伯(W. Heisenberg)明確提出鐵磁性有序狀態(tài)源于鐵磁性原子磁矩之間的量子力學(xué)交換作用,這個(gè)交換作用是短程的,稱為直接交換作用。后來(lái)發(fā)現(xiàn)很多的過(guò)渡金屬和稀土金屬的化合物具有反鐵磁(或亞鐵磁)有序狀態(tài),化合物中的氧離子(或其他非金屬離子)作為中介,將最近的磁性原子的磁矩耦合起來(lái),這是間接交換作用。直接交換作用的特征長(zhǎng)度為0.1-0.3nm,間接交換作用可以長(zhǎng)達(dá)1nm以上。1nm已經(jīng)是實(shí)驗(yàn)室中人工微結(jié)構(gòu)材料可以實(shí)現(xiàn)的尺度,所以1970年之后,科學(xué)家就探索人工微結(jié)構(gòu)中的磁性交換作用。
1988年法國(guó)的M.N.Baibich等人在美國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦的Physical Review Letters 上發(fā)表了有關(guān)Fe/Cr巨磁電阻效應(yīng)的著名論文,首次報(bào)告了采用分子外延生長(zhǎng)工藝(MBE)制成Fe(100)/Cr(100)規(guī)則型點(diǎn)陣多層膜結(jié)構(gòu)。在這種(Fe/Cr)n結(jié)構(gòu)中,F(xiàn)e為強(qiáng)鐵磁性金屬,Cr為反鐵磁性金屬,n為Fe和Cr的總層數(shù)。它是采用MBE工藝將Fe(100)/Cr(100)生長(zhǎng)在GaAs芯片上,其工藝條件是,保持MBE室內(nèi)剩余壓力為6.7×10-9Pa,芯片溫度20℃,淀積速率:對(duì)于Fe為0.06nm/s;對(duì)于Cr為0.1nm/s。它們每層的厚度約(0.9~9)nm,通常為30層。為獲得上述淀積速率,還專門設(shè)計(jì)了坩堝蒸發(fā)器。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)Cr的厚度小于(0.9~3)nm 時(shí),它與Fe層之間偶合的一個(gè)反向鐵磁特性(AF)的磁滯回線斜率逐漸增大。圖1 顯示了Fe層為3nm,Cr層分別為0.9nm、1.2nm 和1.8nm,磁感應(yīng)強(qiáng)度B在±2T 范圍內(nèi),熱力學(xué)溫度T=4.2K,n=30、35、60 時(shí),3個(gè)不同樣本的特性。隨著Cr 厚度的增加和總層數(shù)的降低,Δr/r也升高,而且高斯磁場(chǎng)強(qiáng)度B越弱,Δr/r 越高,當(dāng)B≈2T時(shí),[Fe(3nm)/Cr(0.9nm)]60 膜的Δr/r可達(dá)50%以上。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),即使溫度升至室溫,B降低了30%Δr/r 也可達(dá)到低溫值的一半,這一結(jié)論具有十分大的實(shí)用價(jià)值。
就在此前3個(gè)月,德國(guó)尤利希科研中心的物理學(xué)家彼得·格倫貝格爾( Peter Grunberg )領(lǐng)導(dǎo)的研究小組采用分子束外延(MBE)方法制備了鐵-鉻-鐵三層單晶結(jié)構(gòu)薄膜。在薄膜的兩層納米級(jí)鐵層之間夾有厚度為0.8nm的鉻層,實(shí)驗(yàn)中逐步減小薄膜上的外磁場(chǎng),直到取消外磁場(chǎng),發(fā)現(xiàn)膜兩邊的兩個(gè)鐵磁層磁矩從彼此平行(較強(qiáng)磁場(chǎng)下)轉(zhuǎn)變?yōu)榉雌叫?弱磁場(chǎng)下)。換言之,對(duì)于非鐵磁層鉻的某個(gè)特定厚度,沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí),兩邊鐵磁層磁矩是反平行的,這個(gè)新現(xiàn)象成為巨磁電阻效應(yīng)出現(xiàn)的前提。格倫貝格爾接下來(lái)發(fā)現(xiàn),兩個(gè)磁矩反平行時(shí)對(duì)應(yīng)高電阻狀態(tài),平行時(shí)對(duì)應(yīng)低電阻狀態(tài),兩個(gè)電阻的差別高達(dá)10%。
1990年IBM公司的斯圖爾特·帕金(S. P. Parkin )首次報(bào)道了除鐵-鉻超晶格,還有鈷-釕和鈷-鉻超晶格也具有巨磁電阻效應(yīng)。并且隨著非磁層厚度增加,上述超晶格的磁電阻值振蕩下降。在隨后的幾年,帕金和世界范圍的科學(xué)家在過(guò)渡金屬超晶格和金屬多層膜中,找到了20種左右具有巨磁電阻振蕩現(xiàn)象的不同體系,為GMR材料開(kāi)辟了廣闊的空間,同時(shí)帕金采用較普通的磁控濺射技術(shù)代替了精密的MBE方法制備薄膜,目前這已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)多層膜的標(biāo)準(zhǔn)。
1992年A.E.Berkowitz和Chien等人首次發(fā)現(xiàn)了Fe、Co 與Cu、Ag 分別形成二元合金顆粒膜中的磁電阻效應(yīng),在低溫下其Δr/r可達(dá)(40~60)%。隨后陸續(xù)出現(xiàn)了Fe-Ag、Fe-Cu、CoxAg1-x/Ag 等顆粒多層膜。
1993年人們?cè)阝}鈦礦型稀土錳氧化物中發(fā)現(xiàn)了比GMR 更大的磁電阻效應(yīng),即Colossal Magneto Resistance(CMR)龐磁電阻效應(yīng),開(kāi)拓了GMR 研究的新領(lǐng)域。
在發(fā)現(xiàn)低磁場(chǎng)GMR 效應(yīng)之后,1994年C.Tsang等研制出全集成化的GMR 器件――自旋閥。同年,美國(guó)的IBM公司研制出利用自旋閥原理的數(shù)據(jù)讀出磁頭,它將磁盤記錄密度提高了17倍,達(dá)5Gbit/6.45cm2(in2)。
1 標(biāo)準(zhǔn)固態(tài)合成法
采用高溫固相反應(yīng), 將化合物、單質(zhì)等原材料按一定比例混合、研磨, 封于含一定氣氛或真空的石英管中, 在不同的溫度段連續(xù)加熱數(shù)天, 通過(guò)冷卻長(zhǎng)出單晶。可采用區(qū)熔法和助熔劑法予以制備, 區(qū)熔法容易制得高純質(zhì)量的單晶, 而助熔劑法則受體系本身限制較多。
2 化學(xué)氣相沉積法( CVD)
通過(guò)CVD 方法加入一定的輸運(yùn)劑亦可制備單晶。例如制備Fe1- xCuxCr2S4 , 在密封石英管中用HCl 作載氣, 原材料以粉末狀加入, 熱端和冷端的溫度分別為800℃和725℃, 1 周內(nèi)可長(zhǎng)出1mm 大小的單晶。
1 高溫固相反應(yīng)
多晶樣品通常采取高溫固相反應(yīng)制備, 例如制備鈣鈦礦和燒綠石結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物時(shí), 將相應(yīng)的金屬氧化物或碳酸鹽按一定比例混合后, 壓成塊或條狀, 于1000℃左右在空氣中預(yù)燒一定時(shí)間后, 研磨, 重新壓塊, 再在1300℃左右煅燒, 退火冷卻至室溫。尖晶石結(jié)構(gòu)的硫化物多晶樣品, 例如Fe1- xCuxCr2S4 , 可將單質(zhì)金屬和硫的粉末按一定量比例混合, 封于真空石英管中, 從450℃開(kāi)始, 按50℃的梯度升溫至850℃, 加熱一周, 振蕩、研磨, 直到硫蒸氣和金屬粉末消失, 所得粉末重新壓成塊, 封于石英管中, 在950℃加熱3d, 退火得到多晶。
2 溶液化學(xué)合成法
通過(guò)軟化學(xué)手段, 預(yù)先合成前驅(qū)物, 再高溫灼燒, 得到多晶粉末, 例如采用配位化學(xué)的合成方法或水熱法予以制備。與直接高溫固相反應(yīng)相比, 這種方法可對(duì)前驅(qū)物可能的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行設(shè)計(jì), 因此可實(shí)現(xiàn)對(duì)GMR 材料的相、結(jié)構(gòu)和成分的調(diào)節(jié), 從而降低后繼固相反應(yīng)的溫度。
1 物理方法
巨磁電阻薄膜材料的制備常采用物理方法, 首先通過(guò)高溫固相反應(yīng)制備所需多晶材料, 然后制成靶材, 再用直接濺射、脈沖激光沉積( PLD) 等方法制成膜, 也可采用真空共蒸發(fā)沉積、分子束外延生長(zhǎng)法制備薄膜。磁電阻效應(yīng)很大程度取決于所采用的基質(zhì)以及薄膜制備細(xì)節(jié), 包括薄膜沉積時(shí)的基質(zhì)溫度、退火時(shí)間、退火溫度以及沉積膜厚度等。該類方法所得膜一般較致密, 厚度可控, 比較純, 其固有的弱點(diǎn)是受靶材及其性質(zhì)的影響較大, 同時(shí)對(duì)設(shè)備的要求較高。
2 化學(xué)方法
利用化學(xué)手段制備GMR 薄膜比較可行的方法有: 溶膠-凝膠法( Sol-Gel ) 和金屬有機(jī)化合物分解法( MOD) 。前者一般采用高分子Sol-Gel 法, 通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂膜技術(shù)制備薄膜; 后者則利用揮發(fā)性金屬有機(jī)化合物作前驅(qū)物, 分解沉積后得到薄膜。
化學(xué)方法制備的薄膜在微觀結(jié)構(gòu)上雖不如物理方法所得到的膜致密, 但可以在分子尺度上對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì), 在大范圍內(nèi)對(duì)組成進(jìn)行調(diào)變, 得到不同形態(tài)的復(fù)合氧化物膜或納米薄膜, 并進(jìn)一步探索組成、結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。因而化學(xué)方法已逐漸成為研究和開(kāi)發(fā)巨磁電阻材料的重要手段, 同時(shí)也給化學(xué)工作者提供了契機(jī)。
巨磁電阻(GMR)效應(yīng)是指用時(shí)較之無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)存在顯著變化的現(xiàn)象,一般將其定義為gmr=其中(h)為在磁場(chǎng)h作用下材料的電阻率(0)指無(wú)外磁場(chǎng)作用下材料的電阻率。根據(jù)這一效應(yīng)開(kāi)發(fā)的小型大容量計(jì)算機(jī)硬...
巨磁電阻(GMR)效應(yīng)是指磁性材料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用時(shí)較之無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)存在顯著變化的現(xiàn)象
國(guó)巨電阻不錯(cuò)的,國(guó)巨股份有限公司創(chuàng)立于1977年。是臺(tái)灣第一大無(wú)源元件供貨商、世界第一大之專業(yè)電容器制造廠。為臺(tái)灣第一家上市無(wú)源元件,是一家擁有全球產(chǎn)銷據(jù)點(diǎn)的國(guó)際化企業(yè)。 主要商品 傳統(tǒng)碳膜、皮膜金屬...
眾所周知,計(jì)算機(jī)硬盤是通過(guò)磁介質(zhì)來(lái)存儲(chǔ)信息的。一塊密封的計(jì)算機(jī)硬盤內(nèi)部包含若干個(gè)磁盤片,磁盤片的每一面都被以轉(zhuǎn)軸為軸心、以一定的磁密度為間隔劃分成多個(gè)磁道,每個(gè)磁道又被劃分為若干個(gè)扇區(qū)。
磁盤片上的磁涂層是由數(shù)量眾多的、體積極為細(xì)小的磁顆粒組成,若干個(gè)磁顆粒組成一個(gè)記錄單元來(lái)記錄1比特(bit)信息,即0或1。磁盤片的每個(gè)磁盤面都相應(yīng)有一個(gè)磁頭。當(dāng)磁頭"掃描"過(guò)磁盤面的各個(gè)區(qū)域時(shí),各個(gè)區(qū)域中記錄的不同磁信號(hào)就被轉(zhuǎn)換成電信號(hào),電信號(hào)的變化進(jìn)而被表達(dá)為"0"和"1",成為所有信息的原始譯碼。
伴隨著信息數(shù)字化的大潮,人們開(kāi)始尋求不斷縮小硬盤體積同時(shí)提高硬盤容量的技術(shù)。1988年,費(fèi)爾和格林貝格爾各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了"巨磁電阻"效應(yīng),也就是說(shuō),非常弱小的磁性變化就能導(dǎo)致巨大電阻變化的特殊效應(yīng)。
這一發(fā)現(xiàn)解決了制造大容量小硬盤最棘手的問(wèn)題:當(dāng)硬盤體積不斷變小,容量卻不斷變大時(shí),勢(shì)必要求磁盤上每一個(gè)被劃分出來(lái)的獨(dú)立區(qū)域越來(lái)越小,這些區(qū)域所記錄的磁信號(hào)也就越來(lái)越弱。借助"巨磁電阻"效應(yīng),人們才得以制造出更加靈敏的數(shù)據(jù)讀出頭,使越來(lái)越弱的磁信號(hào)依然能夠被清晰讀出,并且轉(zhuǎn)換成清晰的電流變化。
最早的磁頭是采用錳鐵磁體制成的,該類磁頭是通過(guò)電磁感應(yīng)的方式讀寫數(shù)據(jù)。然而,隨著信息技術(shù)發(fā)展對(duì)存儲(chǔ)容量的要求不斷提高,這類磁頭難以滿足實(shí)際需求。因?yàn)槭褂眠@種磁頭,磁致電阻的變化僅為1%~2%之間,讀取數(shù)據(jù)要求一定的強(qiáng)度的磁場(chǎng),且磁道密度不能太大,因此使用傳統(tǒng)磁頭的硬盤最大容量只能達(dá)到每平方英寸20兆位。硬盤體積不斷變小,容量卻不斷變大時(shí),勢(shì)必要求磁盤上每一個(gè)被劃分出來(lái)的獨(dú)立區(qū)域越來(lái)越小,這些區(qū)域所記錄的磁信號(hào)也就越來(lái)越弱。
1997年,全球首個(gè)基于巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭問(wèn)世。正是借助了巨磁阻效應(yīng),人們才能夠制造出如此靈敏的磁頭,能夠清晰讀出較弱的磁信號(hào),并且轉(zhuǎn)換成清晰的電流變化。新式磁頭的出現(xiàn)引發(fā)了硬盤的"大容量、小型化"革命。如今,筆記本電腦、音樂(lè)播放器等各類數(shù)碼電子產(chǎn)品中所裝備的硬盤,基本上都應(yīng)用了巨磁阻效應(yīng),這一技術(shù)已然成為新的標(biāo)準(zhǔn)。
圖4 硬盤讀寫原理示意圖 |
單以讀出磁頭為例,1994年,IBM公司研制成功了巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭,將磁盤記錄密度提高了17倍。1995年,宣布制成每平方英寸3Gb硬盤面密度所用的讀出頭,創(chuàng)下了世界記錄。硬盤的容量從4GB提升到了600GB或更高。
目前,采用SPIN-VALVE材料研制的新一代硬盤讀出磁頭,已經(jīng)把存儲(chǔ)密度提高到560億位/平方英寸,該類型磁頭已占領(lǐng)磁頭市場(chǎng)的90%~95%。隨著低電阻高信號(hào)的TMR的獲得,存儲(chǔ)密度達(dá)到了1000億位/平方英寸。
2007年9月13日,全球最大的硬盤廠商希捷科技(Seagate Technology)在北京宣布,其旗下被全球最多數(shù)字視頻錄像機(jī)(DVR)及家庭媒體中心采用的第四代DB35系列硬盤,現(xiàn)已達(dá)到1TB(1000GB)容量,足以收錄多達(dá)200小時(shí)的高清電視內(nèi)容。正是依靠巨磁阻材料,才使得存儲(chǔ)密度在最近幾年內(nèi)每年的增長(zhǎng)速度達(dá)到3~4倍。由于磁頭是由多層不同材料薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu),因而只要在巨磁阻效應(yīng)依然起作用的尺度范圍內(nèi),未來(lái)將能夠進(jìn)一步縮小硬盤體積,提高硬盤容量。
除讀出磁頭外,巨磁阻效應(yīng)同樣可應(yīng)用于測(cè)量位移、角度等傳感器中,可廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、汽車導(dǎo)航、非接觸開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)編碼器中,與光電等傳感器相比,具有功耗小、可靠性高、體積小、能工作于惡劣的工作條件等優(yōu)點(diǎn)。目前,我國(guó)國(guó)內(nèi)也已具備了巨磁阻基礎(chǔ)研究和器件研制的良好基礎(chǔ)。中國(guó)科學(xué)院物理研究所及北京大學(xué)等高校在巨磁阻多層膜、巨磁阻顆粒膜及巨磁阻氧化物方面都有深入的研究。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所在磁膜隨機(jī)存儲(chǔ)器、薄膜磁頭、MIG磁頭的研制方面成果顯著。北京科技大學(xué)在原子和納米尺度上對(duì)低維材料的微結(jié)構(gòu)表征的研究及對(duì)大磁矩膜的研究均有較高水平。
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巨磁電阻傳感特性是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)注點(diǎn),而且認(rèn)為其近似線性工作區(qū)適用于弱磁場(chǎng)測(cè)量.傳感器測(cè)量定標(biāo)是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)工作,針對(duì)惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的巨磁電阻傳感特性,采用線性擬合屬于半定量標(biāo)定.使用周期磁場(chǎng)調(diào)制并結(jié)合鎖相放大技術(shù),由微分測(cè)量實(shí)驗(yàn)值直觀地描述曲線斜率變化,從而理解分段線性插值是常用有效的傳感定標(biāo)方法.通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)擬合和微分測(cè)量技術(shù)比較,不僅體現(xiàn)不同分析方案的原理共性,也展示了基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)的技術(shù)方法更符合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要.
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industrial impact of the GMR and related spin electronics effects is presented in Section 6. Finally, the Curriculum Vitae of Albert Fert and Peter Gr ü nberg are given in two Appendices. 2. The GMR effect The magnetoresistance is the change of electrical resistance of a conductor when subjected to an external magnetic field. In bulk ferromagnetic conductors, the leading contribution to th
隧道結(jié)巨磁電阻材料,利用自旋極化電子隧穿效應(yīng)而形成的巨磁電阻材料。
1988年法國(guó)巴黎大學(xué)的阿爾貝·費(fèi)爾教授研究小組首先在Fe/Cr多層膜中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng),在國(guó)際上引起了很大的反響。20世紀(jì)90年代,人們?cè)贔e/Cu,F(xiàn)e/Al,F(xiàn)e/Au,Co/Cu,Co/Ag和Co/Au 等納米結(jié)構(gòu)的多層膜中觀察到了顯著的巨磁阻效應(yīng),由于巨磁阻多層膜在高密度讀出磁頭、磁存儲(chǔ)元件上有廣泛的應(yīng)用前景,美國(guó)、日本和西歐都對(duì)發(fā)展巨磁電阻材料及其在高技術(shù)上的應(yīng)用投入很大的力量。
1994年,IBM公司研制成巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭,將磁盤記錄密度一下子提高了17倍,達(dá)5Gbit/in2,最近達(dá)到11Gbit/in2,從而在與光盤競(jìng)爭(zhēng)中磁盤重新處于領(lǐng)先地位。由于巨磁電阻效應(yīng)大,易使器件小型化,廉價(jià)化,除讀出磁頭外同樣可應(yīng)用于測(cè)量位移,角度等傳感器中,可廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床,汽車測(cè)速,非接觸開(kāi)關(guān),旋轉(zhuǎn)編碼器中,與光電等傳感器相比,它具有功耗小,可靠性高,體積小,能工作于惡劣的工作條件等優(yōu)點(diǎn)。利用巨磁電阻效應(yīng)在不同的磁化狀態(tài)具有不同電阻值的特點(diǎn),可以制成隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM),其優(yōu)點(diǎn)是在無(wú)電源的情況下可繼續(xù)保留信息。
巨磁電阻效應(yīng)在高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的另一個(gè)重要方面是微弱磁場(chǎng)探測(cè)器。隨著納米電子學(xué)的飛速發(fā)展,電子元件的微型化和高度集成化要求測(cè)量系統(tǒng)也要微型化。在21世紀(jì),超導(dǎo)量子相干器件、超微霍耳探測(cè)器和超微磁場(chǎng)探測(cè)器將成為納米電子學(xué)中的主要角色。其中以巨磁電阻效應(yīng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)超微磁場(chǎng)傳感器,要求能探測(cè)10-2T至10-6T的磁通密度。如此低的磁通密度在過(guò)去是無(wú)法測(cè)量的,特別是在超微系統(tǒng)測(cè)量如此微弱的磁通密度十分困難,納米結(jié)構(gòu)的巨磁電阻器件可以完成這個(gè)任務(wù)。
瑞典皇家科學(xué)院9日宣布,將2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予法國(guó)科學(xué)家阿爾貝·費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家彼得·格林貝格爾,以表彰他們發(fā)現(xiàn)了"巨磁電阻"效應(yīng)。他們將分享1000萬(wàn)瑞典克朗(1美元約合7瑞典克朗)的獎(jiǎng)金。瑞典皇家科學(xué)院說(shuō):"今年的物理學(xué)獎(jiǎng)授予用于讀取硬盤數(shù)據(jù)的技術(shù),得益于這項(xiàng)技術(shù),硬盤在近年來(lái)迅速變得越來(lái)越小。"
通常說(shuō)的硬盤也被稱為磁盤,這是因?yàn)樵谟脖P中是利用磁介質(zhì)來(lái)存儲(chǔ)信息的。一般而言,在密封的硬盤內(nèi)腔中有若干個(gè)磁盤片,磁盤片的每一面都被以轉(zhuǎn)軸為軸心、以一定的磁密度為間隔劃分成多個(gè)磁道,每個(gè)磁道又進(jìn)而被劃分為若干個(gè)扇區(qū)。磁盤片的每個(gè)磁盤面都相應(yīng)有一個(gè)數(shù)據(jù)讀出頭。
簡(jiǎn)單地說(shuō),當(dāng)數(shù)據(jù)讀出頭"掃描"過(guò)磁盤面的各個(gè)區(qū)域時(shí),各個(gè)區(qū)域中記錄的不同磁信號(hào)就被轉(zhuǎn)換成電信號(hào),電信號(hào)的變化進(jìn)而被表達(dá)為"0"和"1",成為所有信息的原始"譯碼"。
伴隨著信息數(shù)字化的大潮,人們開(kāi)始尋求不斷縮小硬盤體積同時(shí)提高硬盤容量的技術(shù)。1988年,費(fèi)爾和格林貝格爾各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了"巨磁電阻"效應(yīng),也就是說(shuō),非常弱小的磁性變化就能導(dǎo)致巨大電阻變化的特殊效應(yīng)。
這一發(fā)現(xiàn)解決了制造大容量小硬盤最棘手的問(wèn)題:當(dāng)硬盤體積不斷變小,容量卻不斷變大時(shí),勢(shì)必要求磁盤上每一個(gè)被劃分出來(lái)的獨(dú)立區(qū)域越來(lái)越小,這些區(qū)域所記錄的磁信號(hào)也就越來(lái)越弱。借助"巨磁電阻"效應(yīng),人們才得以制造出更加靈敏的數(shù)據(jù)讀出頭,使越來(lái)越弱的磁信號(hào)依然能夠被清晰讀出,并且轉(zhuǎn)換成清晰的電流變化。
1997年,第一個(gè)基于"巨磁電阻"效應(yīng)的數(shù)據(jù)讀出頭問(wèn)世,并很快引發(fā)了硬盤的"大容量、小型化"革命。如今,筆記本電腦、音樂(lè)播放器等各類數(shù)碼電子產(chǎn)品中所裝備的硬盤,基本上都應(yīng)用了"巨磁電阻"效應(yīng),這一技術(shù)已然成為新的標(biāo)準(zhǔn)。
瑞典皇家科學(xué)院的公報(bào)介紹說(shuō),另外一項(xiàng)發(fā)明于上世紀(jì)70年代的技術(shù),即制造不同材料的超薄層的技術(shù),使得人們有望制造出只有幾個(gè)原子厚度的薄層結(jié)構(gòu)。由于數(shù)據(jù)讀出頭是由多層不同材料薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu),因而只要在"巨磁電阻"效應(yīng)依然起作用的尺度范圍內(nèi),科學(xué)家未來(lái)將能夠進(jìn)一步縮小硬盤體積,提高硬盤容量。
這兩位科學(xué)家都比較喜歡音樂(lè)。費(fèi)爾最喜歡的樂(lè)手是美國(guó)爵士樂(lè)鋼琴家塞羅尼斯·蒙克,而格林貝格爾對(duì)古典音樂(lè)十分癡迷,他還是一名吉他愛(ài)好者。
費(fèi)爾1938年3月出生于法國(guó)南部小城卡爾卡索納,1970年在南巴黎大學(xué)獲博士學(xué)位,1976年開(kāi)始擔(dān)任南巴黎大學(xué)教授。自1995年以來(lái),費(fèi)爾還一直擔(dān)任法國(guó)國(guó)家科研中心與法國(guó)泰雷茲集團(tuán)組建的聯(lián)合物理實(shí)驗(yàn)室科學(xué)主管。費(fèi)爾于2004年當(dāng)選法國(guó)科學(xué)院院士。
格林貝格爾1939年出生于比爾森,1969年在達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)獲博士學(xué)位,1972年開(kāi)始擔(dān)任德國(guó)于利希研究中心教授,2004年退休。
格林貝格爾的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)比較強(qiáng)。兩位科學(xué)家1988年發(fā)現(xiàn)"巨磁電阻"效應(yīng)時(shí)意識(shí)到,這一發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生巨大影響。格林貝格爾為此還申請(qǐng)了專利。
目前,根據(jù)這一效應(yīng)開(kāi)發(fā)的小型大容量電腦硬盤已得到廣泛應(yīng)用。兩位科學(xué)家此前已經(jīng)因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)"巨磁電阻"效應(yīng)而獲得多個(gè)科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)。