2007年諾貝爾物理學獎
瑞典皇家科學院表示，今年的諾貝爾物理學獎主要獎勵“用於讀寫硬碟數據的技術”，這項技術被認為是“前途廣闊的納米技術領域內首批實際套用之一”。
10月，科學界的最高盛典—瑞典皇家科學院頒發的諾貝爾獎揭曉了。本年度，法國科學家阿爾貝·費爾和德國科學家彼得·格林貝格爾因分別獨立發現巨磁阻效應而共同獲得2007年諾貝爾物理學獎。巨磁阻到底是什麼？偉大的科學發現是高深的理論還是觸手可及的科技產品呢？
阿爾.貝費爾
彼得.格林貝格爾諾貝爾評審會主席佩爾·卡爾松用比較通俗的語言解答了這個問題。他用兩張圖片的對比說明了巨磁阻的重大意義：一台1954年體積占滿整間屋子的電腦，和一個如今非常普通、手掌般大小的硬碟。正因為有了這兩位科學家的發現，單位面積介質存儲的信息量才得以大幅度提升。目前，根據該效應開發的小型大容量硬碟已得到了廣泛的套用。
正如一位中國科研人員所言：“看看你的計算機硬碟存儲能力有多大，就知道他們的貢獻有多大了。”或許我們這才明白，司空見慣的筆記本電腦、MP3、隨身碟等消費品，居然都閃爍著耀眼的科學光芒。諾貝爾獎並不總是代表著深奧的理論和艱澀的知識，它往往就在我們身邊，在我們不曾留意的日常生活中。
巨磁阻效應
早在1988年，費爾和格林貝格爾就各自獨立發現了這一特殊現象：非常弱小的磁性變化就能導致磁性材料發生非常顯著的電阻變化。那時，法國的費爾在鐵、鉻相間的多層膜電阻中發現，微弱的磁場變化可以導致電阻大小的急劇變化，其變化的幅度比通常高十幾倍，他把這種效應命名為巨磁阻效應（Giant Magneto-Resistive，GMR）。有趣的是，就在此前3個月，德國優利希研究中心格林貝格爾教授領導的研究小組在具有層間反平行磁化的鐵/鉻/鐵三層膜結構中也發現了完全同樣的現象。
所謂巨磁阻效應，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現象。巨磁阻是一種量子力學效應，它產生於層狀的磁性薄膜結構。這種結構是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。當鐵磁層的磁矩相互平行時，載流子與自鏇有關的散射最小，材料有最小的電阻。當鐵磁層的磁矩為反平行時，與自鏇有關的散射最強，材料的電阻最大。上下兩層為鐵磁材料，中間夾層是非鐵磁材料。鐵磁材料磁矩的方向是由加到材料的外磁場控制的，因而較小的磁場也可以得到較大電阻變化的材料。
眾所周知，計算機硬碟是通過磁介質來存儲信息的。一塊密封的計算機硬碟內部包含若干個磁碟片，磁碟片的每一面都被以轉軸為軸心、以一定的磁密度為間隔劃分成多個磁軌，每個磁軌又被劃分為若干個扇區。
磁碟片上的磁塗層是由數量眾多的、體積極為細小的磁顆粒組成，若干個磁顆粒組成一個記錄單元來記錄1比特（bit）信息，即0或1。磁碟片的每個磁碟面都相應有一個磁頭。當磁頭“掃描”過磁碟面的各個區域時，各個區域中記錄的不同磁信號就被轉換成電信號，電信號的變化進而被表達為“0”和“1”，成為所有信息的原始解碼。
最早的磁頭是採用錳鐵磁體製成的，該類磁頭是通過電磁感應的方式讀寫數據。然而，隨著信息技術發展對存儲容量的要求不斷提高，這類磁頭難以滿足實際需求。因為使用這種磁頭，磁致電阻的變化僅為1％～2％之間，讀取數據要求一定的強度的磁場，且磁軌密度不能太大，因此使用傳統磁頭的硬碟最大容量只能達到每平方英寸20兆位。硬碟體積不斷變小，容量卻不斷變大時，勢必要求磁碟上每一個被劃分出來的獨立區域越來越小，這些區域所記錄的磁信號也就越來越弱。
1997年，全球首個基於巨磁阻效應的讀出磁頭問世。正是藉助了巨磁阻效應，人們才能夠製造出如此靈敏的磁頭，能夠清晰讀出較弱的磁信號，並且轉換成清晰的電流變化。新式磁頭的出現引發了硬碟的“大容量、小型化”革命。如今，筆記本電腦、音樂播放器等各類數碼電子產品中所裝備的硬碟，基本上都套用了巨磁阻效應，這一技術已然成為新的標準。
巨磁阻效應的套用
阿爾貝·費爾和彼得·格林貝格爾所發現的巨磁阻效應造就了計算機硬碟存儲密度提高50倍的奇蹟。單以讀出磁頭為例，1994年，IBM公司研製成功了巨磁阻效應的讀出磁頭，將磁碟記錄密度提高了17倍。1995年，宣布製成每平方英寸3Gb硬碟面密度所用的讀出頭，創下了世界記錄。硬碟的容量從4ＧB提升到了600ＧB或更高。
目前，採用SPIN-VALVE材料研製的新一代硬碟讀出磁頭，已經把存儲密度提高到560億位/平方英寸，該類型磁頭已占領磁頭市場的90%～95%。隨著低電阻高信號的TMR的獲得，存儲密度達到了1000億位/平方英寸。
2007年9月13日，全球最大的硬碟廠商希捷科技（Seagate Technology）在北京宣布，其旗下被全球最多數字視頻錄像機（DVR）及家庭媒體中心採用的第四代DB35系列硬碟，現已達到1TB（1000GB）容量，足以收錄多達200小時的高畫質電視內容。正是依靠巨磁阻材料，才使得存儲密度在最近幾年內每年的增長速度達到3～4倍。由於磁頭是由多層不同材料薄膜構成的結構，因而只要在巨磁阻效應依然起作用的尺度範圍內，未來將能夠進一步縮小硬碟體積，提高硬碟容量。
除讀出磁頭外，巨磁阻效應同樣可套用於測量位移、角度等感測器中，可廣泛地套用於數控工具機、汽車導航、非接觸開關和鏇轉編碼器中，與光電等感測器相比，具有功耗小、可靠性高、體積小、能工作於惡劣的工作條件等優點。目前，我國國內也已具備了巨磁阻基礎研究和器件研製的良好基礎。中國科學院物理研究所及北京大學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。中國科學院計算技術研究所在磁膜隨機存儲器、薄膜磁頭、MIG磁頭的研製方面成果顯著。北京科技大學在原子和納米尺度上對低維材料的微結構表征的研究及對大磁矩膜的研究均有較高水平。
今天,移動硬碟、MP3播放器等磁碟驅動設備隨處可見,每天我們都可以將這些小巧精緻的科技產品放在衣袋中隨身攜帶，隨時享受它們給我們帶來的便利和快樂，然而為了這一時刻的到來，偉大的公司與偉大的科學家一起，都付出了難以計算的智慧和辛勞。
巨磁電阻效應的發現，讓硬碟的體積不斷縮小，容量卻不斷變大。
IBM與磁碟存儲
1956年9月13日，在美國加利福尼亞San Jose的一小隊IBM工程師們向世人展示了一款新產品305 RAMAC(統計控制隨機存取)，這是世界上第一款電腦磁碟存儲系統。以今天的眼光看來，這第一個硬碟系統，可能外形上有些奇怪，因為它是由50片直徑24英寸、塗著磁粉的圓盤，加上馬達、磁頭和控制系統組成的。通過利用磁頭改變或判斷圓盤上每個扇區中磁場的方向（相反的方向即為0或1），就可以在圓盤上寫入和讀取數據。磁碟上由一圈圈的磁軌組成，而每條磁軌有被分成若干個扇區，磁頭可以從每個扇區中讀寫512kb的數據。也就是說，這個體積龐大的系統，當時只能存儲5兆的數據。那時，這款RAMAC主要用於飛機預約、自動銀行、醫學診斷及太空領域內。
1957年，IBM的“Write wide，Read narrow(廣寫、窄讀)”技術使讀數據變得更加精確，同年研發的多密度支持技術，能允許用戶讀磁帶數據寫到老機器上，為那些擁有老一代磁碟存儲器的用戶節省了支出。之後的50年,IBM實驗室里陸續誕生了多項存儲技術的創新和發明,其中包括第一個薄膜磁頭技術、第一個溫氏硬碟、第一個軟磁碟、第一個RAID(集成冗餘獨立磁碟陣列)存儲設備原型、第一個微驅動器產品、第一個iSCSI、第一個虛擬存儲產品和第一個4Gb磁碟產品等。
