SME
Pondelok, 30. november, 2020 | Meniny má Ondrej, AndrejKrížovkyKrížovky

"Nobelovka" za lepšie čítanie harddiskov

Nobelovu cenu za fyziku pre rok 2007 dostala dvojica Európanov - Francúz Albert Fert a Nemec Peter Grünberg. Je uznaním bjavu úkazu, ktorý prvý z nich nazval obrovská magnetorezistencia (giant magnetoresistance, GMR).

Albert Fert sa narodil 7. marca 1938 v Carcassone. Doktorát získal na Juhoparížskej univerzite (Université Paris-Sud), kde pôsobí ako profesor a súčasne vedie spoločné výskumné stredisko CNRS (francúzska obdoba našej SAV) a technologickej firmy Thales GroAlbert Fert sa narodil 7. marca 1938 v Carcassone. Doktorát získal na Juhoparížskej univerzite (Université Paris-Sud), kde pôsobí ako profesor a súčasne vedie spoločné výskumné stredisko CNRS (francúzska obdoba našej SAV) a technologickej firmy Thales Gro

Finančnú časť ceny, desať miliónov švédskych korún, čo je necelých 37 miliónov slovenských, si rozdelia napoly.

Menšie harddisky, väčší pokrok

Podstata GMR súvisí s kvantovou mechanikou, odrážajú sa v nej vlastnosti sveta veľmi malých rozmerov. No v dokonalom súlade so svojím názvom má priam obrovské praktické využitie. Práve tento jav totiž umožnil vývoj citlivejších čítacích hláv a následnú výraznú miniaturizáciu veľkokapacitných pamäťových médií, zvlášť harddiskov, aké sa už dnes montujú aj do prenosných počítačov a niektorých hudobných prehrávačov. Hranica kapacity harddiskov na bežné využitie sa aj vďaka GMR priblížila k jednému terabytu (tisíc gigabytov), akokoľvek ešte nie sú bežné a väčšina užívateľov počítačov pracuje nanajvýš s niekoľkostogigabytovými. Prospech z toho priamo či nepriamo získavame prakticky všetci vrátane tých, ktorí počítače nepoužívajú. Lebo o to efektívnejšia je činnosť ľudí z profesií, kde sú počítače kľúčovým nástrojom. Príkladov je nespočetne - od výroby a obchod cez médiá a zábavu až po vzdelávanie a medicínu.

Cesta k objavu

Fert a Grünberg objavili GMR súbežne a nezávisle od seba v roku 1988. Vyskytuje sa v tenučkých striedavo magnetických a nemagnetických kovových vrstvách. Objav by nebol možný bez nových spoľahlivých metód prípravy takýchto tenučkých vrstiev s hrúbkou iba niekoľkých atómov, vyvinutých v 70. rokoch. Ak sa povie niekoľko atómov, zodpovedá to mierke nanometrov čiže miliardtín metra.

GMR svojho času patrilo k prvým rozsiahlym využitiam nanotechnológií. O čo však ide? Fertova skupina pracovala až s 30 striedajúcimi sa vrstvičkami železa a chrómu. Grünbergova len s dvomi či tromi vrstvičkami železa, medzi ktorými bola vrstvička chrómu. Sčasti práve pre väčší počet vrstiev zaznamenala Fertova skupina oveľa výraznejšiu zmenu magnetorezistencie, až o 50 percent, ako Grünbergova, ktorá zistila zmenu iba do 10 percent.

Magnetorezistencia je vlastnosť látky, vďaka ktorej dokáže zmeniť hodnotu elektrického odporu, ak na ňu pôsobí vonkajšie magnetické pole. Známa je od roku 1857, keď ju ako prvý skúmal slávny britský fyzik a vynálezca William Thomson, neskorší lord Kelvin. No pred objavom GMR, vlastne až dodnes, sa pri nej zistila nanajvýš niekoľkopercentná zmena odporu. Práve preto Fert v roku 1988 nazval novo pozorovaný jav obrovská magnetorezistencia.

Spintronika

Fert i Grünberg s kolegami jav hneď aj správne vysvetlili: súvisí s rôznymi orientáciami "rotačných osí" elektrónov, spinov, v magnetických a nemagnetických vrstvách vo vzťahu k orientácii vonkajšieho magnetického poľa. Spiny bývajú orientované do dvoch opačných smerov, pričom v magnetickom materiáli väčšina rovnakým smerom. Dôležitá je však aj menšina s opačnou orientáciou a tá sa v rôznych látkach pri rôznej magnetizácii správa odlišne.

Obaja objavitelia si uvedomili potenciálne obrovský praktický význam GMR. Grünberg súbežne s napísaním prvého vedeckého

článku o tomto jave podal patentovú prihlášku. Keďže tu nejde iba o elektrické náboje elektrónov, ale aj o ich spiny, jav spadá do novej oblasti, nazvanej v analógii s elektronikou spintronika. Tá je nevyhnutne úzko prepojená s nanotechnológiami, lebo smer spinu elektrónu možno udržiavať iba na veľmi krátkych vzdialenostiach.

Dnes už sú známe a vcelku preskúmané silnejšie javy z tejto kategórie. Jednak takzvaná tunelová magnetorezistencia (TMR), ktorá využíva ako medzivrstvu namiesto nemagnetického kovu izolant. Jednak takzvaná kolosálna magnetorezistencia, využívajúca isté minerály; je mnohonásobne výraznejšia ako GMR, no jej praktické využitie vyzerá málo pravdepodobné, pretože vyžaduje veľmi silné magnetické polia.

K univerzálnej pamäti

Malé zmeny magnetického poľa sa v čítacích hlavách založených na GMR prevádzajú do veľkých elektrických zmien, takže čítacie hlavy majú väčšiu citlivosť. Práve toto je podstatné pri praktickom využití. Informácie sú na harddiskoch uložené v podobe drobnučkých plôšok s rôzne orientovaným zmagnetizovaním. Jeden smer magnetizácie zodpovedá nule, druhý jednotke, čo sú základné prvky binárneho počítačového kódu. Čítacia hlava skenuje povrch disku a zaznamenáva magnetické zmeny od jedného miesta ku druhému. To sa potom odráža v elektrických zmenách odosielaných hlavou do výstupného zariadenia. Ak má byť harddisk menší a záznam na ňom hustejší, o to menšie a magneticky slabšie budú predmetné plôšky a teda o to citlivejšia musí byť čítacia hlava.

Hlavy skonštruované na základe GMR sa objavili v roku 1997 a čoskoro sa stali štandardom. Najnovšie čítacie technológie stále vychádzajú z GMR. Akoby naplno otvorili bránu do spintroniky. Dnes sa to prejavuje zvlášť sľubne pri vývoji magnetických operačných pamätí, ktoré sa nevymažú ani pri vypnutí dodávky elektriny. MRAM napokon zrejme zjednotí RAM a harddisky do jednej univerzálnej počítačovej pamäte na rovnakom princípe, ktorá prekoná dočasnosť zápisu v RAM a stále pomernú pomalosť harddiskov.

Peter Grünberg sa narodil 18. mája 1939 v Plzni vo vtedy okupovanom Protektoráte Čechy a Morava. Doktorát má z Technickej univerzity v Darmstadte. Pôsobí ako profesor v Ústave pre výskum tuhých látok Jülichského výskumného strediska (Forschungzentrum Jülich) Helmholtzovho združenia, čo je jedna z nemeckých sietí výskumných ústavov. Dlhšie pracoval na Carletonskej univerzite v kanadskej Ottawe. FOTO - REUTERS

Skryť Vypnúť reklamu

Najčítanejšie na SME Tech

Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Hlavné správy zo Sme.sk

Fico spojil Norberta Bödöra s Bonulom, predtým hovoril inak

Zákazky od Bonulu Smer nechce prezradiť.

Na fotografii (zľava) sú bývalý zamestnanec Bonulu Peter Brath; profesionálny zápasník Attila Végh; Matúš Mečár, ktorý bol odsúdený za vydieranie; nitriansky podnikateľ Norbert Bödör; podnikateľ a manažér zápasníkov Eduard Gerek a zástupca riaditeľa Národnej jednotky finančnej polície NAKA Milan Mihálik.
Dobré ráno

Dobré ráno: Ruskovi za objednávku vraždy spoločníčky hrozí doživotie

Pojednávanie je odročené na február.

Vizualizácia projektu Pod Vinicou.
Stĺpček Zuzany Kepplovej

Ako Ficovi pes zožral domácu úlohu

Súčasťou pôvabu dobrej výhovorky je, že jej očividná lož skôr pobaví, ako urazí.

Zuzana Kepplová, komentátorka denníka SME.

Neprehliadnite tiež

Podcast Klik

Klik: Vianoce 2020, toto sú naše tipy na technologické darčeky

Sprievodca nakupovaním technologických darčekov.

Podcast Klik.
Tieň sondy Hajabusa 2 na povrchu asteroidu Ryugu.
Podcast Tech_FM

Výpredaje majú problém, všetko skupujú roboty

Čo spôsobujú nové technológie.

Vedátorský podcast

Čierne diery sú sochármi vesmíru

Rozhovor s Norbertom Wernerom.