2007-10-10

法德科學家 獲諾貝爾物理獎

閻紀宇/綜合九日外電報導 中國時報 2007.10.10

瑞典皇家科學院九日宣布二○○七年諾貝爾物理學獎得主,由法國的亞伯特.佛特(Albert Fert)與德國彼得.葛倫伯格(Peter Grunberg)膺此殊榮。得獎理由是,兩人在一九八八年不約而同發現「巨磁阻效應」(giant magnetoresistance, GMR),對電腦磁碟讀取資料發展貢獻厥偉。

兩人早已是物理學界獲獎無數的大師級人物,登上諾貝爾殿堂實至名歸。

佛特與葛倫伯格平分一千萬瑞典克朗(約新台幣五千萬)獎金,十二月十日前往斯德哥爾摩領獎。佛特六十九歲,是法國國家科學研究中心(CNRS)與泰雷茲集團(Thales Group)聯合實驗室主任。葛倫伯格六十八歲,任職德國猶利克研究中心(FZJ)固態物理中心。

磁阻(MR)技術利用特殊金屬材料電阻值隨磁場變化的原理,是現代電子元件研發製造的一大利器,從磁性儲存裝置、隨機存取記憶體(RAM)、場效電晶體(FET)、生物晶片到陣列感應器,都因為磁阻技術而精益求精。其中應用最廣泛純熟的領域,就是電腦磁碟讀取頭的製造。

一九八八年,佛特與葛倫伯格各自更進一步,發現三層金屬薄膜的巨磁阻效應:當電流由磁性薄膜穿過非磁性薄膜再到另一層磁性薄膜時,如果兩層磁性薄膜磁化方向相同,則整體電阻較小,反之則電阻較高;磁場只需微弱變化就可以造成電阻的顯著升降。由於薄膜只能有幾個原子的厚度,因此巨磁阻效應也被視為奈米科技初試啼聲的成功之作。

巨磁阻效應意味我們藉由控制電子自旋的方向,以及自旋對磁場的感應,就能製造出各種磁阻,具有極高的應用價值。就電腦磁碟而言,一位元資訊就是一小塊磁化區域,由讀取頭偵測其磁性強度變化,再解讀為資訊位元的1或0。巨磁阻技術可以將些微的磁性變化先轉化為不同大小的電阻,再轉化為不同強度的電流,從而判讀其代表的資訊。

今日資訊工業對磁碟的要求是體積小、容量大、速度快,因此讀取頭也要儘量縮小體積、提升靈敏度,才能快速偵測到較小位元磁區產生的較弱磁場。在這方面,巨磁阻技術比傳統磁阻技術更擅勝場,能夠達到的磁碟密度是後者的三倍以上。一九九七年IBM推出以巨磁阻技術製造的讀取頭,很快就成為市場主流。

佛特與葛倫伯格以巨磁阻效應打下堅實基礎後,科學家繼續在電子自旋磁阻的領域開疆闢土,龐磁阻(CMR)、穿隧磁阻(TMR)、直衝磁阻(BMR)與異常磁阻(EMR)一一出籠,讓日新月異的電子工業如虎添翼。



◆ 發現巨磁阻 帶動通訊革命

朱立群/台北報導 中國時報 2007.10.10

現代人每日工作需要用到電腦,電腦裡面硬碟機上小小的「讀頭」(read head)可以迅速幫助我們清楚讀取資料,扮演重要的角色。「讀頭」是科學大發明下的小應用,物理效應的原始發現人佛特與葛倫伯格就是今年諾貝爾物理獎的得主。

佛特與葛倫伯格發現的「巨磁阻」效應,掀起一波訊號科技革命,實驗結果發表後近廿年的今天,兩人終於戴上諾貝爾獎桂冠。

中央研究院物理研究所副研究員李尚凡曾在佛特的實驗室擔任博士後研究員,他表示,巨磁阻的原理是:兩片磁性材料中間,夾一塊奈米厚度的非磁性材料時,磁性材料的磁矩安排會呈反方向排列,亦即一個向左、一個向右。但在這三層材料旁邊施加上一個外加磁場時,磁性材料的磁矩會一致改為朝向外加磁場排列。這時,因為加入外加磁場,多層磁性材料的電阻受到了改變。

李尚凡表示,物理現象從發現到應用,期間至少經過十年,但「巨磁阻」問世後五年,就廣泛應用在資訊科技、數位影音訊號等領域,並在奈米科技、材料科學等學科中產生影響。目前當紅的iPod也是巨磁阻的應用。

例如,數位訊號是由0與1兩個訊號組成,巨磁阻的裝置能夠清楚而快速地分辨0與1,並能清晰判讀訊號,相對也增進了訊號讀取的速度。

「巨磁阻」也催生了近來當紅的學門「自旋電子學」,讓科學家知道,原來電子的自旋可以有效操縱。

李尚凡表示,五年前,學界就預估佛特與葛倫伯格遲早要得諾貝爾獎,今年大獎揭曉,果然一如預測。唯一令人遺憾的是,「巨磁阻」研究領域裡的第三號人物美國科學家帕金(Stuart Parkin)竟沒能一起戴上桂冠。

帕金目前在台大物理系擔任講座教授,該系教授張瑞慶表示,過去幾年,全球各大物理獎經常頒給佛特─葛倫柏格─帕金的鐵三角組合。但可能由於帕金從事應用研究居多,也非巨磁阻的原創科學家,所以諾貝爾物理桂冠才只頒給佛特與葛倫伯格。

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