Joanna Rose
En fransman och en tysk – ett sådant par har aldrig delat nobelpriset förr, men nu har det hänt: oberoende av varandra upptäckte Albert Fert och Peter Grünberg jättemagnetoresistivitet, ett magnetiskt fenomen på kvantnivå. På kuppen blev de faddrar till en ny teknikgren – spinntroniken.
 |
|
Årets nobelpristagare i fysik, Albert Fert, ovan, från Université Paris-Sud, Frankrike och Peter Grünberg, nedan, från Forschungszentrum Jülich, Tyskland, följer Alfred Nobels vilja om att prisa en upptäckt eller uppfinning som bäst tjänar mänskligheten. Utan deras arbeten skulle varken iPodar eller persondatorer ha sett dagens ljus. |
|
AXEL SCHMIDT/SCANPIX |
Fenomenet döptes av Fert till gigantisk magnetoresistans (GMR) medan Grünberg använde ett blygsammare namn – förstärkt magnetoresistans. En försiktighet som i dag ter sig framsynt när utvecklingen har lett vidare till en ännu mer gigantisk magnetoresistans som följaktligen kallas kolossal.
Med all säkerhet förstod Grünberg redan 1988, året för upptäckten, vilken revolution i tillämpningarna den kunde föra med sig – samtidigt med sin vetenskapliga artikel författade han en patentansökan. Patentet gäller fortfarande och GMR-effekten utgör i dag hjärtat i all elektronik med hårddiskminnen: bärbara datorer, MP3-spelare, videokameror. En hel industri med en omsättning på hundratals miljarder kronor.
 |
|
|
|
YOAN VALAT/SCANPIX |
Vanligen är informationen på en minnesskiva lagrad i små magnetiska paket, ju tätare paketen packas och ju fler som får plats på skivan, desto svagare är den magnetiska signalen. GMR-effekten förstärker signalerna och underlättar alltså avläsningen. Det är ungefär som när man med allt starkare glasögon kan läsa allt mindre bokstäver, så att det på samma yta kan rymmas mer text.
GMR omvandlar mycket svaga magnetiska variationer till stora skillnader i elektriskt motstånd (resistans). Därför lämpar sig tekniken väl när man ska läsa data från hårddiskar där informationen lagras magnetiskt men förs vidare som elektrisk ström.
För att hitta GMR skapade Fert och Grünberg material som aldrig funnits i naturen. En förutsättning för forskningen var att kunna bygga material atom för atom. I nanometertunna skikt varvades därför atomlager av magnetiskt järn med metallen krom.
Materialets resistans minskade överraskande mycket, upp till 50 procent vid närvaron av ett magnetiskt fält. Orsaken sökte man i kvantfysiken. I nanoskalan dyker nämligen kvantmekaniska effekter upp och här visade sig elektronens kvantegenskap – spinn – påverka dess rörlighet i magnetiska material. Spinn antar två skilda värden: det kan peka uppåt eller nedåt, och elektronerna tar sig igenom det magnetiska materialet olika beroende vilket spinn de bär på. Är det parallellt med magneten hjälps elektronerna fram, är det antiparallellt bromsas de.
Så fort GMR blev känd började en febril verksamhet för att omsätta den i praktisk tillämpning. Britten Stuart Parkin på IBM:s forskningslaboratorium i Kalifornien var tidigt ute och ägnade de närmaste åren efter upptäckten åt att utforska över 30 000 nya materialkombinationer. Han lyckades ersätta den mödosamma processen att utveckla materialen i tomrum och vid mycket låga temperaturer med en enklare, snabbare och därmed effektivare metod. Detta blev ett viktigt steg mot masstillverkning och 1997 hade nobelpristagarnas upptäckt omvandlats till en kommersiell produkt som numera är allmänt spridd.
I dag gäller det inte längre att bara krympa elektroniken. Nya uppfinningar som kombinerar magnetism och nanoteknologier kommer att innebära en total förändring av datavärlden. Nästa steg är att göra hårddiskarna onödiga. Med ett magnetiskt arbetsminne, ett så kallat MRAM, som sedan drygt ett år finns ute på marknaden hoppas man så småningom kunna ersätta alla olika sorts minnen inuti datorerna.
Spinntroniken förväntas helt förändra den trådlösa kommunikationen. Det är vad Albert Fert har intresserat sig för, när han inte vindsurfar vill säga. Peter Grünberg betonar i stället nya minisensorer inom genetiken och andra möjligheter för medicinsk forskning och dess tillämpningar. Båda nobelpristagarna har öppnat portarna till en ny värld och trots att de har passerat pensionsåldern har de inga planer på att lämna det nya digitala underlandet.
Temaartikel ur Nationalencyklopedins årsbok 2007
Nobelpriset 2007: Fysik
http://www.ne.se/rep/nobelpriset-2007-fysik
Nationalencyklopedin, 2012-05-27
Kopiera källangivelse
