Нобелевская премия по физике 2007 года присуждена за открытие, позволившее значительно увеличить плотность записи информации на компьютерные жесткие диски. То, что в миниатюрные mp3-плееры теперь помещаются десятки и даже сотни гигабайт информации, а терабайтный диск сегодня – не чудо, а небольшая коробочка, – заслуга исследователей Альбера Фера (Albert Fert) и Петера Грюнберга (Peter Grunberg).
В компактном хранении больших объемов информации нуждаются не только рядовые владельцы лаптопов и любители портативной музыки. По-настоящему серьезные задачи перед разработчиками жестких дисков ставят производители систем прогнозирования погоды и медицинской аппаратуры, создатели поисковых машин, дизайнеры видеоспецэффектов и, конечно, ученые всевозможных специальностей.
Жесткие диски становятся все меньше и меньше, а на единицу площади диска необходимо записать все больше и больше информации. Таким образом, на один бит (единичку или нолик двоичной записи) приходится все меньше пространства, а значит, требуется все большая чувствительность магнитной головки, чтобы эту информацию считать.
Базовый физический принцип, лежащий в основе современных магнитных носителей информации, был открыт в 1857 году британским физиком лордом Кельвином, установившим зависимость между электрическим сопротивлением и направлением магнитного поля, приложенного к магнитному проводнику. Когда размеры соответствующих систем стали измеряться в нанометрах (а это одна миллиардная часть метра), для считывания информации потребовалась такая чувствительность головок жестких дисков, что только нанотехнологии смогли обеспечить соответствующий результат.
Суть эффекта гигантского магнетосопротивления (giant magnetoresistance, GMR) в том, что электрическое сопротивление считывающей головки, которая в экспериментах Фера и Грюнберга состояла из нескольких тонких слоев железа и хрома, изменяется в зависимости не от направления, а от силы магнитного поля, то есть, собственно, от его наличия или отсутствия.
Таким образом, в роли логических нуля и единицы выступают намагниченная и ненамагниченная области жесткого диска, что позволило упаковывать информацию с невиданной доселе плотностью.
Грюнберг оказался более коммерчески прозорлив, чем его французский коллега, и, ожидая публикации результатов своих исследований в научном журнале, он не замедлил запатентовать свое открытие. Он и сейчас является держателем патента на технологию, так что, видимо, Нобелевская премия принесет ему в первую очередь моральное удовлетворение.
Практическое применение принципа гигантского магнетосопротивления, впрочем, стало возможно благодаря усилиям проживающего в США английского исследователя Стюарта Паркина (Stewart Parkin), который разработал достаточно дешевый для применения в индустрии метод изготовления считывающих головок на основе GMR-эффекта.
Первый коммерческий GMR-винчестер начал продаваться в 1997 году, что обеспечило производителям жестких дисков возможность наращивать их емкость с невероятной скоростью в 93 процента каждый год, делая эти устройства все дешевле и дешевле.
Благодаря гигантскому магнетосопротивлению за последние десять лет средняя емкость жесткого диска в персональных компьютерах увеличилась в 50 раз – от 10 до 500 гигабайт. GMR – технология, лежащая в основе явления компактного mp3-плеера, перевернула всю современную музыкальную индустрию, на наших глазах уничтожив явление музыкального "альбома", заменив его набором треков и породив феномен взлетающих на музыкальный Олимп групп, не выпустивших ни единой пластинки, а распространяющих свои записи через интернет.
Не за горами и очередная революция. GMR должен лечь в основу технологии магниторезистивной оперативной памяти – MRAM, совмещающей преимущества емких жестких дисков, не нуждающихся в постоянном электропитании, и быстрой "оперативки".
Как отмечается в сообщении Нобелевского комитета, MRAM должна положить конец риску потерять весь написанный на компьютере текст в результате пропавшего на мгновение электричества. Это ли не достойно высшей научной награды?
Евгений Паперный