наиболее наглядно и овеществленно.
Нобелевская премия по физике в этом году присуждена Альберту Ферту (Albert Fert [1]) и Петеру Грюнбергу (Peter Grunberg [2]) за открытие гигантского магниторезистивного эффекта. Это открытие 1988 года нобелевский комитет счел датой рождения спинтроники и нанотехнологий. Гигантская магниторезистивность с конца девяностых годов используется в считывающих магнитных головках винчестеров и все последние годы обеспечивает быстрый рост емкости жестких дисков настольных компьютеров, а также ноутбуков и других мобильных устройств.
Французский ученый Альберт Ферт родился в 1938 году и многие годы проработал в Южном Парижском университете в пригороде Орсэй, профессором которого является и поныне. Немец Петер Грюнберг на год моложе. Он профессор Института физики твердого тела в Юлихском исследовательском центре. Гигантский магниторезистивный эффект - сильную зависимость электрического сопротивления от внешнего магнитного поля в 'бутербродах' из нанопленок железа и хрома - ученые обнаружили практически одновременно и независимо.
Обычную зависимость электрического сопротивления ферромагнитных материалов вроде железа от внешнего магнитного поля впервые наблюдал еще лорд Кельвин ровно 150 лет тому назад. Этот слабый эффект, менявший сопротивление примерно на один процент, использовали в магнитных головках жестких дисков и различных датчиках, однако уже в 1980-е годы стало ясно, что все мыслимые возможности повышения чувствительности уже исчерпаны. Поэтому открытие нового физического эффекта пришлось весьма кстати, и он быстро нашел путь к массовому производству.
Строго говоря, гигантская магниторезистивность - сложное квантовое явление, связанное с непрямым взаимодействием спинов ядер и электронов в близко расположенных слоях ферромагнетиков через спины электронов проводимости. Но его суть можно понять и на сильно упрощенной модели.
Рассмотрим два нанослоя магнитного материала железа, разделенные слоем немагнитного хрома [3]. Электрическое сопротивление в проводниках возникает в основном из-за того, что свободные электроны рассеиваются с прямого пути на атомах, отклонившихся со своего места из-за тепловых колебаний. В магнитных материалах электроны со спином, ориентированным вдоль направления намагниченности, рассеиваются заметно слабее, чем электроны с противоположно направленным спином. Поэтому после прохождения первого слоя в электрическом токе будут преобладать электроны с определенно направленным спином. Если следующий слой намагничен в ту же сторону, эти электроны и его пройдут почти без рассеяния, и электрическое сопротивление всего 'бутерброда' будет мало [3a]. Но если второй слой намагничен в другую сторону, эти электроны в нем начнут активно рассеиваться, и полное электрическое сопротивление сильно возрастет, поскольку электроны с 'правильным' спином уже почти все рассеялись в первом слое [3б].
Именно такой спиновый вентиль используется в считывающих магнитных головках жестких дисков. Намагниченность первого слоя в них фиксирована, а второй слой изготовлен из магнитомягкого материала, и направление его намагниченности легко изменяется слабым полем активного слоя на поверхности пластины жесткого диска. По сути дела,
