Je leest:

Nobelprijs Natuurkunde 2007

Nobelprijs Natuurkunde 2007

Auteur: | 9 oktober 2007

De Nobelprijs voor de Natuurkunde van 2007 gaat naar Albert Fert en Peter Grünberg voor de ontdekking van ‘gigantische magnetoweerstanden’. Dat verschijnsel is cruciaal bij de fabricage van harde schijven in computers.

Computers worden steeds kleiner en harde schijven ‘krimpen’ mee: er moet steeds meer informatie op hetzelfde oppervlak passen. De winnaars van de Nobelprijs voor de Natuurkunde staan aan de wieg van de laatste spurt in de harde schijf-techniek. Fransman Albert Fert en Duitser Peter Grünberg ontdekten in 1988 onafhankelijk van elkaar dat kleine magneetveldjes enorme verschillen in elektrische weerstand op kunnen wekken. Dat maakte het eenvoudig om de informatie van gemagnetiseerde gebiedjes op de harde schijf uit te lezen met een elektromagnetische lees- en schrijfkop. Fert en Grünberg krijgen hun Nobelprijs uitgereikt op 10 december en delen een prijsbedrag van 1,1 miljoen euro.

Microfoto van een GMR-leeskop van een compacte harde schijf. De gestapelde magnetiseerbare lagen zijn duidelijk zichtbaar. bron: IBM. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Kelvin

Giant Magnetoresistance of GMR werkt doordat magnetische velden een elektrische stroom kunnen beinvloeden. Dat is al 150 jaar bekend en werd voor het eerst beschreven door de Britse wetenschapper William Thomson (de latere Lord Kelvin). Hij ontdekte dat de elektrische weerstand van een stuk ijzer in een magneetveld verandert. De weerstand van een stroompje parallel aan het veld neemt toe, die van een stroom dwars op het magneetveld daalt juist.

De originele GMR-piek, gemeten door de onderzoeksgroep van Albert Pert. Hij mat op elkaar gestapelde laagjes van verschillende materialen door en ontdekte dat hun elektrische weerstand piekte als de laagjes op de juiste manier gemagnetiseerd werden.

Magnetische sandwich

Natuurkundigen dachten rond 1980 dat de gewone magnetoweerstand veel te zwak was om extreem kleine magnetische gebieden op harde schijven mee te onderscheiden. De verbazing was dan ook groot toen Fert en Grünberg een veel sterkere magnetoweerstand op wisten te wekken. Ze kregen dat voor elkaar door een stapel te maken van lagen ferromagnetisch materiaal (magnetiseerbaar, zoals ijzer), afgewisseld met chroom, een niet-magnetisch materiaal.

Wanneer de ijzerlagen in tegengestelde richting gemagnetiseerd werden (de noordpool omhoog gericht voor de ene laag en omlaag voor de andere) nam de elektrische weerstand door de stapel sterk toe. Elektronen, de deeltjes in een elektrische stroom, reizen het makkelijkst door een gebied waarin het magneetveld dezelfde kant op staat als hun eigen veldje. Door de ijzerlagen telkens in tegenovergestelde richting te magnetiseren wisten de twee natuurkundigen zowel elektronen met hun noordpool omhoog als met hun noordpool omlaag gericht te hinderen. Dat levert een enorme elektrische weerstand op.

Tegenwoordig werken alle compacte harddisks met GMR. Een leeskop met gestapelde GMR-lagen merkt het meteen als er een magnetisch gebiedje voorbij komt: ‘past’ het magneetveld op de leeskop, dan schiet de weerstand omhoog. Fert gebruikte de term Giant Magnetoresistance al in in zijn artikel, maar het was Grünberg die zich meteen realiseerde dat zijn ontdekking commerciële toepassingen had. Hij nam dan ook meteen patent op de vinding.

Zie verder

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 09 oktober 2007
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.