知乎专栏

这个获诺奖的研究不那么出名,却深刻影响了我们的生活


出名不出名我说不上来,但是要是说深刻影响我们的生活,GMR 一定跑不掉啊!

这个获诺奖的研究不那么出名,却深刻影响了我们的生活

(图片来自网络)

2007 年诺贝尔物理学奖授予法国科学家 Albert Fert 和德国科学家 Peter Grünberg,以表彰他们在巨磁电阻效应发面的重要贡献。

啥是巨磁电阻(Giant Mageto Resistance)呢?

电阻这个概念不用解释了,初中电学知识。磁电阻就是在磁场下电阻会有变化。这很好理解,一般来讲,加了磁场,电子运动的时候就会转圈圈,这样形成电流的时候电子运行的路程就边长了,受到的阻碍也就变得多了,因此大多数材料的磁电阻都是正的,即加的磁场越大,电阻越大。当然也有一些特殊情况下,会出现负的磁阻的现象。比如前几年当然沸沸扬扬的 Weyl 半金属,在实际材料中首次观测到了粒子物理里面找寻了八十来年的手性的 Weyl 费米子,就是一个典型的负磁阻的材料。

那知道磁阻的概念,巨磁阻就更是很直观了,就是“巨大的磁电阻”嘛!其实,除了巨磁阻(GMR)之外,过去一段时间关于磁阻还有两种比较突出的,庞磁阻(Colossal Magneto Resistance, CMR)和隧穿磁阻(Tunneling Magneto Resistance, TMR).

扯得远了,还是回到咱们说的 CMR,1988 年 Fert 研究组以及 Grunberg 研究组各自独立的发现了 CMR 现象。这距离 2007 年获奖,仅仅花了不到 20 年的时间。这个时间长度在漫漫的诺贝尔奖历史上也算是排的上号的了吧!

但这不是最牛的,关键这个 GMR 出现以后,就迅速改变了我们的生活。说白了,就是彻底解放了我们的笔记本电脑、手机、硬盘、U 盘……一切与数据读写存储有关的东西。我们知道,数据存储读写的本质,就是在硬件上构建表达 0 和 1 的体系,并能够精确的人为控制。GMR 的横空出世,意味着我们可以很方便的利用很小的磁性变化,获得一个巨大的电阻变化的相应,电阻的变化,直接就反映为电流信号的变化,也就是我们存储数据里面 0 和 1 的信号变化了。简单的讲,通过 GMR 效应,非常高效的讲磁信号转化为电信号。这直接推动了大容量、小型化的信息时代的巨大革命。1997 年,NVE 公司首先推出了基于 GMR 效应的半导体数字式传感器,随后 IBM 公司也推出了相关的读出磁头产品。要知道,这距离两位科学家发现 GMR 效应,才刚刚过去了 9 年!随后的几年时间里面,各大公司纷纷推出了相关的电子产品,完全的开辟了信息时代数据存储的新篇章啊!

童鞋,此刻,看看您手上那几十上百 GB 存储空间的手机,看看旁边 1 个 TB 甚至更多的移动硬盘。GMR 效应用了 20 年的时间,创造了一个“发现了就应用,应用了就得奖”的奇迹!

致敬!

PS:

曾经有幸听过 Albert Fert 教授的报告,老爷子神采奕奕,PPT 也做得很炫酷。但是那时候我还是个懵懂少年,法国人说的英文实在是听不太懂。当时照的照片现在也早已找不到了,早知道有机会答这个题,怎么当时也得硬着头皮找老教授合个照啊~