Fizikai Nobel-díj 2007

A 2007. évi fizikai Nobel-díjat az óriás mágneses ellenállás felfedezéséért Albert Fert francia, és Peter Grünberg német fizikusok kapták. A merevlemezeken az adatok tárolása mágneses elven történik. A digitálisan tárolt információ nullái és egyesei különbözően mágnesezett területeket jelentenek. Az olvasófej ezeket olvassa le a merevlemez működése közben. Az adattárolók kapacitásának növelése úgy valósul meg, hogy a mágnesezett területek egyre kisebbek lesznek, így az olvasófejeknek egyre gyengébb mágneses jeleket kell érzékelniük. A 2007-es fizika Nobel-díj nyertesei az 1990-es években egymástól függetlenül dolgozták ki azt az eljárást, melynek révén lehetséges a kisebb méretű és nagyobb kapacitású adattárolók olvasása. A kutatások közben fedezték fel az ún. óriási mágneses ellenállást. A kezdet 1857-re nyúlik vissza, amikor Lord Kelvin (korábbi nevén William Thomson - 1824-1907 - angol matematikus-fizikus, a 19. század meghatározó fizikusa volt) közzétette tanulmányát a vezetők ellenállásának változásáról mágneses tér hatására. A második jelentős lépés az volt, amikor az 1970-es évek végére sikerült létrehozni atomi (5-10 db) vastagságú fémrétegeket. Megállapították, hogy ilyen körülmények között az anyagok merőben más tulajdonságokat mutatnak. Az elektromos ellenállás az elektromos tér (és az elektronok) vezetőben való mozgásának akadályoztatása miatt lép fel. A mágneses tér hatása az ellenállásra az elektronok egy speciális tulajdonsága miatt jelentkezik. Ez a tulajdonság az elektronok spinje, amit az atomfizikában külön számmal is szoktak jelölni. A spin kétféle lehet, az egyszerűség kedvéért pozitív és negatív. A mágnesezett anyagokban az elektronok többségének a spinje azonos. Egy ilyen mágnesezett anyagban azok az elektronok mozognak a legzavartalanabbul, melyek spinje a többségével azonos. Azon kevés elektron, melynek spinje a nagy többségével ellentétes, nehezen haladhat előre, mintha „árral szemben” menne. Az óriás mágneses ellenállást egy parányi szendvicsben hozták létre. Két mágnesezhető, igen vékony fémréteg közé egy nem mágnesezhető réteget helyeztek. Amikor a két fémrétegben a mágnesezettség iránya azonos, a többségben levő, ennek az iránynak megfelelő spinű elektronok kis ellenállással, szinte zavartalanul haladnak át a szendvicsen. A kevés számú, ellentétes spinű elektron mozgása akadályozott. Összességében az ellenállás kicsi. Amikor a két fémrétegben a mágnesezettség iránya különböző, az első lemezben többségben levő, azonos spinű elektronok áthatolnak a nem mágneses rétegen, de nagy ellenállásba ütköznek a másik fémlemezben. A kevés számú, előbbiekhez képest ellentétes spinű elektron mozgása most lényegesen könnyebb. Összességében az ellenállás nagy. Albert Fert és munkatársai vasból és krómból készítettek „szendvicset”. Peter Grünbergnek és kollégáinak vékonyabbat, 2-3 atom vastagságút sikerült előállítani. A két tudóscsoport munkája nyomán igen nagy mágneses ellenállás-változást sikerült létrehozni. A korábbi 1%-os eltérés 10-50-szeresét (rétegvastagságtól függően). Fert és Grünberg felfedezése az elektronikában új fogalmat hozott létre, a spintronikát. Az elektron spinjének fontos szerepe lehet más elektronikai eszközök, például a számítógépes RAM-ok új generációjának kidolgozásában.

Beszámolók