Znajdź zawartość

Bardzo pojemne, niewielkie dyski twarde, z którymi mamy do czynienia w pecetach, notebookach czy odtwarzaczach MP3 mogą istnieć dzięki odkryciu przed 20 laty zjawiska gigantycznego magnetooporu (GMR). To ono umożliwiło udoskonalenie tych urządzeń i przyczyniło się do narodzin spintroniki. Teraz naukowcy z Carnegie Institution of Science są na tropie zjawiska nazwanego kolosalnym magnetooporem (CMR), które jest tysiące razy potężniejsze niż GMR i może zapowiadać kolejną rewolucję w informatyce. Występowanie CMR odkryto w manganitach, a prawdziwym wyzwaniem jest zrozumienie i kontrolowanie tego zjawiska. Fakt występowania magnetooporu w manganitach czyni z nich świetny materiał do produkcji pamięci MRAM. W układach tych magnetyczne tunelowanie elektronów pomiędzy dwiema warstwami manganitu oddzielonego warstwą izolatora zależy od relatywnej orientacji pola magnetycznego w manganitach. Niestety, naukowcy nie potrafią obecnie w pełni wyjaśnić wszystkich zjawisk, w tym CMR, zachodzących w manganitach. Problem w tym, że pomiędzy elektronami w manganitach zachodzą przeciwstawne interakcje, które wpływają na właściwości magnetyczne. Ponadto właściwości te zależą też od czynników zewnętrznych, takich jak temperatura, ciśnienie, pole magnetyczne czy domieszkowanie chemiczne - mówi Yang Ding z Carnegie. Ciśnienie ma wyjątkowy wpływ na manganity, gdyż zmienia interakcje pomiędzy elektronami w jasne i naukowo 'przejrzyste' zjawisko. Daje nam szanse na bezpośrednie efektywne manipulowanie zachowaniem elektronów i może dostarczyć cennych informacji na temat magnetycznych i elektrycznych właściwości systemu zbudowanego z manganitów. Jednak ze wszystkich zjawisk zewnętrznych to właśnie wpływ ciśnienia został najmniej zbadany - dodaje Ding. Naukowcy odkryli, że w przy ciśnieniu 230 000 razy przekraczającym ciśnienie na Ziemi manganity zmieniają się z ferromagnetyków w antyferrromagnetyki. Mamy też do czynienia ze zjawiskiem Jahna-Tellera czyli nierównomierną dystorsją sieci krystalicznej. To bardzo ciekawe zjawisko, które nie zostało przewidziane przez teorię, gdy jednolite ciśnienie prowadzi do niejednolitych zmian strukturalnych - zauważa Ding. Zauważono też, że zmiana właściwości magnetycznych w manganitach poddawanych wysokiemu ciśnieniu nie odbywa się jednorodnie, ale "rozprzestrzeniają się" one stopniowo. To z kolei, jak mówią uczeni, sugeruje, że nawet w zwykłych warunkach w skali nano manganity mogą jednocześnie wykazywać właściwości ferromagnetyków i antyferromagnetyków. W tym momencie wkraczamy na znajome pole, gdyż jednym z podstawowych pól działalności nanotechnologii jest manipulowanie fazami termodynamicznymi materiałów.

Hitachi poinformowało o wyprodukowaniu najmniejszej w historii głowicy odczytująco-zapisującej dla dysków twardych. Umożliwi ona skonstruowanie około roku 2011 dysków twardych o pojemności 4 terabajtów. Dyski dla notebooków będą mogły dzięki niej zapisać 1 TB danych. Głowica CPP-GMR ma trafić na rynek już w 2009 lub 2010 roku. Jej zastosowanie oznacza konieczność wprowadzenia zmian w samej strukturze dysku twardego. Obecnie talerze dysków zbudowane są z dwóch warstw magnetycznych przedzielonych izolatorem. Używane we współczesnych dyskach twardych głowice TMR (Tunelling MagnetResistance – magnetoopór tunelowy) wykorzystują tunelowanie elektronów przez warstwę izolatora. Dzięki precyzyjnemu kontrolowaniu tego zjawiska, można odczytywać dane w postaci 0 i 1. W miarę jednak jak zwiększana jest gęstość zapisu na dysku (a więc zmniejszana pojedyncza komórka z danymi), zmniejszeniu powinny ulegać też głowice TMR. Im są one mniejsze, tym większy jest opór i związane z tym zakłócenia sygnału. Obecnie specjaliści oceniają, że przy zwiększeniu gęstości zapisu do 500 gigabitów na cal kwadratowy głowice TMR staną się bezużyteczne z powodu olbrzymich zakłóceń w odczycie. Obecnie osiągnięto już gęstość zapisu rzędu 200 Gb na cal kwadratowy. W technologii CPP-GMR izolator został wyeliminowany i zastąpiony przewodnikiem (miedzią). Sygnał elektryczny nie biegnie w nim równolegle, lecz prostopadle. Dzięki takiej budowie udało się zmniejszyć opór, a co za tym idzie, możliwe będzie dalsze zmniejszanie głowic. O tym, jak ważne jest przejście z głowic TMR na CPP-GMR niech świadczy fakt, że obecnie głowice TMR są w stanie odczytać dane z komórek znajdujących się od siebie w odległości 70 nanometrów. CPP-GMR już w tej chiwili mogą czytać dane z komórek odległych o 30-50 nanometrów (to 2000 razy mniej, niż grubość ludzkiego włosa). Ocenia się, że odległość między ścieżkami dysku spadnie do 50 nanometrów już w 2009 roku, a w 2011 pojawią się 30-nanometrowe odległości między nimi. Przed kilkoma dniami Albert Fert (Francja) i Peter Grünberg (Niemcy) otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie w 1988 roku zjawiska gigantycznego magnetooporu (GMR). To ono umożliwiło dalsze udoskonalanie dysków twardych i przyczyniło się do narodzin spintroniki.