2007年，科學(xué)界的最高盛典—瑞典皇家科學(xué)院頒發(fā)的諾貝爾獎(jiǎng)揭曉了。本年度，法國(guó)科學(xué)家阿爾貝·費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家 彼得·格林貝格爾因分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn) 巨磁阻效應(yīng)而共同獲得2007年 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　費(fèi)爾在獲得諾貝爾獎(jiǎng)之前已經(jīng)取得多種獎(jiǎng)項(xiàng)，包括1994年獲美國(guó)物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的新材料國(guó)際獎(jiǎng)，1997年獲歐洲物理協(xié)會(huì)頒發(fā)的歐洲物理學(xué)大獎(jiǎng)，以及2003年獲法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心金獎(jiǎng)。

　　早在1988年，費(fèi)爾和格林貝格爾就各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了這一特殊現(xiàn)象：非常弱小的磁性變化就能導(dǎo)致磁性材料發(fā)生非常顯著的電阻變化。那時(shí)，法國(guó)的費(fèi)爾在鐵、鉻相間的多層膜電阻中發(fā)現(xiàn)，微弱的磁場(chǎng)變化可以導(dǎo)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(yīng)命名為巨磁阻效應(yīng)（Giant Magneto-Resistive，GMR）。有趣的是，就在此前3個(gè)月，德國(guó)優(yōu)利希研究中心格林貝格爾教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在具有層間反平行磁化的鐵/鉻/鐵三層膜結(jié)構(gòu)中也發(fā)現(xiàn)了完全同樣的現(xiàn)象。

　　所謂巨磁阻效應(yīng)，是指磁性材料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用時(shí)較之無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象。巨磁阻是一種量子力學(xué)效應(yīng)，它產(chǎn)生于層狀的磁性薄膜結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。當(dāng)鐵磁層的磁矩相互平行時(shí)，載流子與自旋有關(guān)的散射最小，材料有最小的電阻。當(dāng)鐵磁層的磁矩為反平行時(shí)，與自旋有關(guān)的散射最強(qiáng)，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(chǎng)控制的，因而較小的磁場(chǎng)也可以得到較大電阻變化的材料。

　　眾所周知，計(jì)算機(jī)硬盤(pán)是通過(guò)磁介質(zhì)來(lái)存儲(chǔ)信息的。一塊密封的計(jì)算機(jī)硬盤(pán)內(nèi)部包含若干個(gè)磁盤(pán)片，磁盤(pán)片的每一面都被以轉(zhuǎn)軸為軸心、以一定的磁密度為間隔劃分成多個(gè)磁道，每個(gè)磁道又被劃分為若干個(gè)扇區(qū)。

　　磁盤(pán)片上的磁涂層是由數(shù)量眾多的、體積極為細(xì)小的磁顆粒組成，若干個(gè)磁顆粒組成一個(gè)記錄單元來(lái)記錄1比特（bit）信息，即0或1。磁盤(pán)片的每個(gè)磁盤(pán)面都相應(yīng)有一個(gè)磁頭。當(dāng)磁頭“掃描”過(guò)磁盤(pán)面的各個(gè)區(qū)域時(shí)，各個(gè)區(qū)域中記錄的不同磁信號(hào)就被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)的變化進(jìn)而被表達(dá)為“0”和“1”，成為所有信息的原始譯碼。

　　最早的磁頭是采用錳鐵磁體制成的，該類(lèi)磁頭是通過(guò)電磁感應(yīng)的方式讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。然而，隨著信息技術(shù)發(fā)展對(duì)存儲(chǔ)容量的要求不斷提高，這類(lèi)磁頭難以滿(mǎn)足實(shí)際需求。因?yàn)槭褂眠@種磁頭，磁致電阻的變化僅為1%～2%之間，讀取數(shù)據(jù)要求一定的強(qiáng)度的磁場(chǎng)，且磁道密度不能太大，因此使用傳統(tǒng)磁頭的硬盤(pán)最大容量只能達(dá)到每平方英寸20兆位。硬盤(pán)體積不斷變小，容量卻不斷變大時(shí)，勢(shì)必要求磁盤(pán)上每一個(gè)被劃分出來(lái)的獨(dú)立區(qū)域越來(lái)越小，這些區(qū)域所記錄的磁信號(hào)也就越來(lái)越弱。

　　1997年，全球首個(gè)基于巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭問(wèn)世。正是借助了巨磁阻效應(yīng)，人們才能夠制造出如此靈敏的磁頭，能夠清晰讀出較弱的磁信號(hào)，并且轉(zhuǎn)換成清晰的電流變化。新式磁頭的出現(xiàn)引發(fā)了硬盤(pán)的“大容量、小型化”革命。如今，筆記本電腦、音樂(lè)播放器等各類(lèi)數(shù)碼電子產(chǎn)品中所裝備的硬盤(pán)，基本上都應(yīng)用了巨磁阻效應(yīng)，這一技術(shù)已然成為新的標(biāo)準(zhǔn)。

　　阿爾貝·費(fèi)爾和彼得·格林貝格爾所發(fā)現(xiàn)的巨磁阻效應(yīng)造就了計(jì)算機(jī)硬盤(pán)存儲(chǔ)密度提高50倍的奇跡。單以讀出磁頭為例，1994年，IBM公司研制成功了巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭，將磁盤(pán)記錄密度提高了17倍。1995年，宣布制成每平方英寸3Gb硬盤(pán)面密度所用的讀出頭，創(chuàng)下了世界記錄。硬盤(pán)的容量從4GB提升到了600GB或更高。

　　目前，采用SPIN-VALVE材料研制的新一代硬盤(pán)讀出磁頭，已經(jīng)把存儲(chǔ)密度提高到560億位/平方英寸，該類(lèi)型磁頭已占領(lǐng)磁頭市場(chǎng)的90%～95%。隨著低電阻高信號(hào)的TMR的獲得，存儲(chǔ)密度達(dá)到了1000億位/平方英寸。

　　2007年9月13日，全球最大的硬盤(pán)廠商希捷科技（Seagate Technology）在北京宣布，其旗下被全球最多數(shù)字視頻錄像機(jī)（DVR）及家庭媒體中心采用的第四代DB35系列硬盤(pán)，現(xiàn)已達(dá)到1TB（1000GB）容量，足以收錄多達(dá)200小時(shí)的高清電視內(nèi)容。正是依靠巨磁阻材料，才使得存儲(chǔ)密度在最近幾年內(nèi)每年的增長(zhǎng)速度達(dá)到3～4倍。由于磁頭是由多層不同材料薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，因而只要在巨磁阻效應(yīng)依然起作用的尺度范圍內(nèi)，未來(lái)將能夠進(jìn)一步縮小硬盤(pán)體積，提高硬盤(pán)容量。

　　除讀出磁頭外，巨磁阻效應(yīng)同樣可應(yīng)用于測(cè)量位移、角度等傳感器中，可廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、汽車(chē)導(dǎo)航、非接觸開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)編碼器中，與光電等傳感器相比，具有功耗小、可靠性高、體積小、能工作于惡劣的工作條件等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)也已具備了巨磁阻基礎(chǔ)研究和器件研制的良好基礎(chǔ)。中國(guó)科學(xué)院物理研究所及北京大學(xué)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(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所在磁膜隨機(jī)存儲(chǔ)器、薄膜磁頭、MIG磁頭的研制方面成果顯著。北京科技大學(xué)在原子和納米尺度上對(duì)低維材料的微結(jié)構(gòu)表征的研究及對(duì)大磁矩膜的研究均有較高水平。

　　在與委員會(huì)進(jìn)行的電話會(huì)議中，費(fèi)爾表示自己非常高興能獲獎(jiǎng)，并第一時(shí)間向自己的家人和學(xué)校表示了感謝，“這對(duì)我自身、我的家庭和學(xué)校都是一種榮譽(yù)，我要極大地感謝他們。”同時(shí)，他還表示克魯伯格是他一直很欽佩的一個(gè)人，他們之間有著長(zhǎng)久的友誼，并對(duì)他的獲獎(jiǎng)表示了祝賀。

　　在獲悉得獎(jiǎng)后，另一位物理學(xué)家克魯伯格的激動(dòng)難以言表：“獲獎(jiǎng)?wù)姘�，雖然我感覺(jué)這應(yīng)該是水到渠成的，但對(duì)我真的是個(gè)驚喜。此前我對(duì)自己充滿(mǎn)信心，因?yàn)槲抑�道我已�?jīng)進(jìn)入了候選人名單�！�

　　在被問(wèn)到此前是否預(yù)料到自己會(huì)獲獎(jiǎng)，他回答說(shuō)：“可以說(shuō)有，也可以說(shuō)沒(méi)有�！�

　　而這也不是他們首次獲獎(jiǎng)。今年1月，他們兩人已經(jīng)因?yàn)檫@個(gè)發(fā)現(xiàn)在日本獲過(guò)獎(jiǎng)，這是他們第二次同時(shí)獲獎(jiǎng)。

　　對(duì)于他們兩人的獲獎(jiǎng)，許多業(yè)內(nèi)專(zhuān)家都發(fā)表了一致的看法：實(shí)至名歸。

　　美國(guó)物理研究所發(fā)言人、物理學(xué)家菲力·舍維對(duì)他們充滿(mǎn)了溢美之辭，并表示這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)是偉大的物理學(xué)和無(wú)數(shù)次實(shí)際運(yùn)用的完美結(jié)合。

　　“難以置信，在一個(gè)硬幣大小的盒子中滿(mǎn)載乾坤，內(nèi)部存放著幾十億字節(jié)的信息。這個(gè)大大改變了人們的日常生活�，F(xiàn)在很多人同時(shí)擁有多個(gè)硬盤(pán)，有的甚至更多，也許5、6個(gè)。”舍維說(shuō)。

　　美國(guó)《物理世界》雜志主編馬丁·多萊尼形容他們獲獎(jiǎng)是天經(jīng)地義�！霸S多人猜測(cè)他們將是獲獎(jiǎng)人選，而他們也真正做到了眾望所歸�！彼�說(shuō)，“很高興看到，這次的獎(jiǎng)項(xiàng)頒給了在實(shí)際操作層面上有所貢獻(xiàn)的人。這表示人們對(duì)知識(shí)運(yùn)用的重視，而不是僅僅停留在了解現(xiàn)象的階段。這個(gè)發(fā)現(xiàn)的確影響和方便了人們的日常生活�！�

　　據(jù)悉，他們將分別獲得一枚金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)潞鸵槐咀C書(shū)，并分享約153萬(wàn)美金的獎(jiǎng)金。

　　 得獎(jiǎng)感言

　　兩位科學(xué)家在得知獲獎(jiǎng)后分別對(duì)媒體發(fā)表了簡(jiǎn)短的獲獎(jiǎng)感言。阿爾貝·費(fèi)爾在接受電話采訪時(shí)說(shuō)：“我受寵若驚，非常感動(dòng)，我為能夠與彼得·格林貝格爾共享這一獎(jiǎng)項(xiàng)而興奮不已。我們剛剛交談過(guò)。我們總是很好地交換我們的研究結(jié)果。”

　　彼得·格林貝格爾在接受瑞典電臺(tái)采訪時(shí)說(shuō)：“有人告訴我，如果有從斯德哥爾摩來(lái)的電話，那只能是諾貝爾獎(jiǎng)（通知）�！彼�說(shuō)，“正有一大群人站在我門(mén)外”，他打算跟他們“來(lái)一杯香檳”。