Az elektronikai berendezések egyik leglényegesebb fejlődési útja a méretcsökkenés. Az utóbbi évtizedekben sokat csökkent a számítógépek, zene- és filmlejátszó eszközök mérete. Az adattárolók kapacitása rendkívül fontos, hiszen egyre több információt zsúfolunk össze egyre kisebb helyen. Az 1990-es évek elején még 40 MB-os merevlemezekkel dolgoztunk, míg nem egészen két évtized múlva már a 40 GB-os, számítógépekben levő adattárolók kicsinek számítanak. 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.
A lemez adattároló kapacitásának növelése úgy valósult meg, hogy ezen mágnesezett területek egyre kisebbek lettek, így az olvasófejek egyre gyengébb mágnesezettséget kellett érzékeljenek. A 2007-es fizika Nobel-díj nyertesei az 1990-es években egymástól függetlenül dolgoztak ki olyan eljárást, melynek révén lehetségessé vált kisebb méretű és nagyobb kapacitású adattárolók olvasása. Az általuk felfedezett jelenség az óriás mágneses ellenállás.
a merevlemezek fejlődése
Az olvasófejekben korábban tekercseket használtak, melyek a változó mágneses tér hatására indukálódó elektromos áram révén értelmezték az adattárolókban levő információt. Ez a technológia az írásnál megmaradt, az olvasásnál azonban megjelent a Fert és Grünerg által felfedezett technológia.
A történet 1857-re nyúlik vissza, amikor Lord Kelvin közzé tette tanulmányát a vezetők ellenállásának változásáról mágneses tér hatására. Ez volt az óriás mágneses ellenállás felfedezéséhez vezető út első állomása. Az adattárolóknál látható folyamatos méretcsökkenés hátterében a nanotechnológia, a parányi méretek tudományának és technológiájának fejlődése áll. Az egy atomnyi vastagságú fémrétegek létrehozása a ’70-es évek vége óta megmutatta, hogy számos anyag, a szokásosnál eltérő viselkedésű ebben a mérettartományban.
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, mely olyasmi, mintha az elektronok saját tengelyük körül forognának. A spin kétféle lehet (mintha egyik vagy másik irányba forognának). 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, a többségben levő, 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.
Az 1980-as évek közepén Albert Fert és munkatársai vasból és krómból készített „szendvicset”, melyben a rétegek néhány atomnyi vastagságúak voltak. A gázhalmazállapotú vasból és krómból készített rétegekből Peter Grünbergnek és kollégáinak vékonyabbat, 2-3 atomnyi vastagságút sikerült előállítaniuk. A két tudóscsoport munkája nyomán igen nagy mágneses ellenállás-változást sikerült létrehozni. A korábbi 1%-os eltérés 10-50-szeresét (rétegvastagságtól függően).
Az óriás mágneses ellenállás felfedezése az ipari alkalmazásokat is megmozgatta és 1997-ben megjelent az első olyan merevlemez, melynek működése erre a jelenségre épült. 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.
