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Hard Drive Advance remporte le prix Nobel
Le prix Nobel de physique de cette année a été décerné à deux chercheurs qui ont découvert une propriété magnétique qui a ouvert la voie aux disques durs rapides et compacts d'aujourd'hui, rendant possible tout, des iPods aux énormes centres de données qui servent de colonne vertébrale à Internet. La découverte a permis d'améliorer la densité de stockage des données d'au moins un ordre de grandeur. Et il ouvre la voie à plusieurs technologies expérimentales qui pourraient l'augmenter encore plus.
Bits primés : Ce disque dur d'IBM, comme la plupart des disques durs actuels, utilise un effet découvert par les lauréats du Prix du roman de physique de cette année.
Albert Fert , scientific director at Unité Mixte de Physique CNRS-Thales in France, and Peter Grünberg , récemment retraité en tant que chercheur au Centre de recherche de Jülich en Allemagne, a découvert indépendamment la propriété, que Fert a appelée magnétorésistance géante (GMR), en 1988. La GMR permet de stocker beaucoup plus d'informations sur un disque dur en augmentant considérablement la sensibilité de détecteurs utilisés pour lire des bits d'information. Moins de 10 ans après sa découverte, les disques durs basés sur l'effet ont été commercialisés par IBM.
Avant la découverte de GMR, les disques durs dépendaient d'un phénomène appelé magnétorésistance, qui était compris depuis plus de 100 ans. Dans la magnétorésistance, un champ magnétique modifie la résistance électrique d'un matériau, provoquant des changements mesurables du courant électrique. Dans les disques durs, cette propriété était utilisée pour détecter des bits d'informations – des régions sur un disque qui se sont magnétisées dans l'une des deux directions. Lorsque la tête passe au-dessus d'une telle région, son champ magnétique modifie un courant circulant dans la tête, enregistrant un un ou un 0 . Mais la technologie a rencontré des problèmes à mesure que la densité de la mémoire augmentait et que les chercheurs développaient des moyens d'écrire des bits de plus en plus petits. Les capteurs conventionnels trouvaient de plus en plus difficile de détecter les bits magnétiques stockés sur un disque dur, dit David awschalom , professeur de physique à l'Université de Californie à Santa Barbara. L'industrie faisait face à ce mur de briques. Comment mettre plus d'informations sur un disque tout en le lisant ?
La découverte de Fert et Grünberg a conduit à de nouveaux capteurs qui montrent un changement géant dans la résistance électronique lorsqu'ils rencontrent un champ magnétique. Ce changement plus important a permis de détecter des bits plus petits, ce qui rend pratique d'en entasser beaucoup plus sur un disque. C'est la raison pour laquelle il y a quelques années, nous avons tous constaté une très forte augmentation de la densité de stockage sur nos disques durs, explique Awschalom. Cela a beaucoup touché le consommateur.
L'effet de magnétorésistance géante dépend d'une propriété de mécanique quantique des électrons appelée spin, qui a à voir avec les propriétés magnétiques d'un matériau. Un courant électronique comprend des électrons avec deux types de spin, désignés vers le haut ou vers le bas. De même, les matériaux magnétiques peuvent être magnétisés dans différentes directions, qui peuvent également être appelées vers le haut et vers le bas. La facilité avec laquelle un électron peut se déplacer à travers un matériau magnétique dépend de son spin. Si le spin d'un électron est vers le haut, il se déplacera librement à travers un aimant orienté vers le haut mais rencontrera une résistance dans un aimant vers le bas. L'électron de spin descendant se comportera exactement dans le sens inverse.
Fert et Grünberg ont exploité ce comportement en combinant deux couches de matériau, l'une magnétisée vers le haut et l'autre vers le bas. Ils ont ensuite appliqué un champ magnétique qui a magnétisé les deux dans la même direction et ont observé l'effet que cela avait sur le courant traversant les couches. Ils ont découvert que lorsque les deux couches sont orientées dans la même direction, au moins un type d'électron peut passer librement. Mais lorsqu'ils sont orientés dans des directions opposées, les deux types d'électrons rencontrent une résistance, provoquant une forte baisse de courant. Parce que l'effet est important, le champ magnétique même d'un tout petit peu crée un signal discernable, permettant de détecter des bits plus petits.
La découverte a rapidement attiré l'attention des chercheurs du monde entier en raison de son potentiel d'amélioration des disques durs. Stuart Parkin, un scientifique d'IBM Research, a découvert que l'effet pouvait être obtenu en utilisant des méthodes beaucoup plus rapides et moins chères que celles utilisées par Fert et Grünberg. Parallèlement, plusieurs autres technologies ont dû être développées pour tirer parti de la magnétorésistance géante, notamment des techniques d'écriture de bits plus petits et de déplacement plus précis des têtes de lecture/écriture. Une découverte clé des chercheurs d'IBM a été une nouvelle configuration de couches magnétiques qui a permis de produire l'effet avec de petits champs magnétiques et de l'utiliser dans les minuscules têtes de lecture/écriture des disques durs.
Le premier lecteur de disque basé sur GMR, un disque dur de 16 gigaoctets fabriqué par IBM, est apparu en 1997. Au cours des 10 années suivantes, la technologie a conduit à des disques durs de 1 000 gigaoctets (un téraoctet), selon John Best , aujourd'hui technologue en chef chez Hitachi Global Storage Technologies à San Jose, en Californie. Il a dirigé le groupe IBM qui a développé la première technologie de tête de lecture/écriture basée sur GMR. (Le plus récent de ces disques durs utilise un effet connexe appelé magnétorésistance tunnel; comme le GMR, il utilise des couches magnétiques orientées dans des directions opposées, mais il est encore plus sensible.)
L'effet GMR pourrait être la clé de plusieurs générations supplémentaires de dispositifs de mémoire, selon Best. Alors que les chercheurs développent de nouvelles façons d'emballer plus de bits sur un disque dur, conduisant à des disques potentiellement 50 fois plus denses que ceux disponibles aujourd'hui, la technologie liée au GMR continuera d'être utilisée pour détecter ces bits, dit-il. La propriété est également cruciale pour les nouveaux types de dispositifs, y compris la mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM), qui est non volatile comme la mémoire flash, mais plus rapide et plus fiable. Une autre technologie expérimentale appelée mémoire de piste, qui est actuellement développée par Parkin, utilise un nouveau type de bit de mémoire, mais qui pourrait toujours être lu à l'aide d'un appareil basé sur GMR, dit-il. La mémoire Racetrack pourrait éventuellement combiner les meilleures fonctionnalités des disques durs, des lecteurs flash et de la mémoire vive conventionnelle, servant de périphérique de mémoire universel. (Voir A Better Memory Chip et IBM Tentatives to Reinvent Memory .)
En effet, en décernant le prix, le comité Nobel a souligné l'importance considérable de la GMR dans l'ouverture de la nouvelle science de la spintronique, dans laquelle à la fois la charge et le spin des électrons sont manipulés. La découverte, que le comité décrit comme l'un des premiers bénéfices de la nanotechnologie, est à son tour devenue une force motrice pour de nouvelles applications de la nanotechnologie.