Петер Грюнберг¶

Петер Грюнберг (нем. Peter Grünberg; 18 мая 1939, Пльзень — 7 апреля 2018, Юлих) — немецкий физик, лауреат Нобелевской премии по физике 2007 года (совместно с Альбером Фером) за открытие эффекта гигантского магнитного сопротивления (GMR). Это открытие стало основой для создания современных жёстких дисков, магнитных сенсоров и других устройств хранения и обработки информации.

¶Биография

¶Ранние годы и образование

Петер Грюнберг родился 18 мая 1939 года в городе Пльзень (ныне Чехия) в семье судетских немцев. После Второй мировой войны семья была вынуждена покинуть Чехословакию и переселиться в Германию. Грюнберг вырос в городе Лаутербах (земля Гессен). В 1962 году он поступил в Технический университет Дармштадта, где изучал физику. В 1966 году получил диплом, а в 1969 году — докторскую степень (Dr. rer. nat.) за работу по исследованию тонких магнитных плёнок.

¶Научная карьера

После защиты диссертации Грюнберг работал в Университете Британской Колумбии (Канада), а затем в Институте физики твёрдого тела в Юлихе (ФРГ). В 1972 году он перешёл в Исследовательский центр Юлиха (Forschungszentrum Jülich), где проработал до выхода на пенсию в 2004 году. В 1980-х годах он занимался изучением магнитных свойств многослойных тонкоплёночных структур.

¶Открытие эффекта гигантского магнитного сопротивления

В 1988 году Грюнберг и его коллеги обнаружили, что электрическое сопротивление многослойной структуры, состоящей из чередующихся ферромагнитных (железо) и немагнитных (хром) слоёв, резко падает при приложении внешнего магнитного поля. Это явление получило название гигантского магнитного сопротивления (GMR). Независимо и почти одновременно аналогичный эффект был открыт группой Альбера Фера во Франции. За это открытие оба учёных были удостоены Нобелевской премии по физике в 2007 году.

¶Последние годы и смерть

После выхода на пенсию Грюнберг продолжал консультировать и участвовать в научных конференциях. Он скончался 7 апреля 2018 года в городе Юлих (Германия) в возрасте 78 лет.

¶Эффект гигантского магнитного сопротивления (GMR)

¶Физическая сущность

Эффект GMR заключается в значительном изменении электрического сопротивления многослойной структуры, состоящей из чередующихся ферромагнитных и немагнитных слоёв, в зависимости от взаимной ориентации намагниченности соседних ферромагнитных слоёв. Если намагниченность слоёв параллельна, сопротивление минимально; если антипараллельна — максимально. Относительное изменение сопротивления может достигать десятков процентов (в отличие от классического магнитного сопротивления, где изменение составляет единицы процентов).

¶Механизм

Эффект объясняется спин-зависимым рассеянием электронов. В ферромагнитных материалах электроны с разным направлением спина (по отношению к намагниченности) имеют разную длину свободного пробега. В многослойной структуре при параллельной ориентации слоёв электроны с одним направлением спина проходят через всю структуру с малым рассеянием, что приводит к низкому сопротивлению. При антипараллельной ориентации оба типа электронов испытывают сильное рассеяние в одном из слоёв, что увеличивает сопротивление.

¶Значение для науки и техники

Открытие GMR произвело революцию в магнитной электронике (спинтронике). Оно позволило создать:

• Считывающие головки жёстких дисков — резкое увеличение чувствительности позволило многократно повысить плотность записи информации (с десятков мегабайт до терабайт на квадратный дюйм).
• Магниторезистивные датчики — используются в автомобильной промышленности (датчики положения коленвала, ABS), робототехнике и навигации.
• Магниторезистивная память (MRAM) — энергонезависимая память, сочетающая скорость SRAM и плотность DRAM.

¶Награды и признание

• Нобелевская премия по физике (2007) — совместно с Альбером Фером «за открытие эффекта гигантского магнитного сопротивления».
• Премия Вольфа по физике (2006) — за вклад в развитие спинтроники.
• Премия EPS Europhysics Prize (1994) — совместно с А. Фером.
• Медаль Штерна — Герлаха (2007) — от Немецкого физического общества.
• В 2007 году Грюнберг стал почётным доктором Технического университета Дармштадта.

¶Интересные факты

• Первое сообщение об открытии GMR было опубликовано в журнале Physical Review B в 1988 году, но статья не привлекла широкого внимания. Лишь после подтверждения эффекта другими группами и начала промышленного применения в 1990-х годах значимость открытия была признана.
• Грюнберг и Фер независимо друг от друга открыли GMR с разницей в несколько месяцев. Впоследствии они поддерживали дружеские отношения и совместно получали награды.
• Эффект GMR считается одним из первых практических применений квантовой механики в электронике, так как он основан на спиновых свойствах электронов.
• В 2007 году, когда Грюнбергу вручали Нобелевскую премию, он был уже на пенсии, но продолжал активно работать в лаборатории.

¶Критика и дискуссии

Некоторые историки науки отмечают, что приоритет в открытии GMR часто оспаривается: группа Фера опубликовала свою работу на несколько месяцев раньше (в 1988 году), но Грюнберг сделал это независимо. Нобелевский комитет признал заслуги обоих учёных, разделив премию поровну. Также существуют споры о том, насколько точно эффект GMR был предсказан теоретиками (например, Робертом Уайтом) в 1970-х годах, но экспериментальное подтверждение и практическое применение бесспорно принадлежат Грюнбергу и Феру.

¶Влияние на современные технологии

Открытие GMR стало основой для развития спинтроники — области электроники, использующей не только заряд, но и спин электрона. Без этого открытия были бы невозможны современные жёсткие диски с ёмкостью в несколько терабайт, а также многие типы магнитных датчиков, применяемых в промышленности, транспорте и бытовой электронике. По оценкам экспертов, к началу 2000-х годов более 90% всех жёстких дисков использовали GMR-головки.

¶Источники

• Grünberg, P. et al. (1988). "Giant magnetoresistance in Fe/Cr multilayers". Physical Review B, 39(7), 4828–4830.
• Nobel Prize in Physics 2007 — Press Release. Nobel Foundation.
• Fert, A. (2008). "The Nobel Prize in Physics 2007: Giant Magnetoresistance". Nature Physics, 4, 1–3.
• Parkin, S. S. P. et al. (1991). "Oscillatory magnetic exchange coupling and giant magnetoresistance in Co/Cu multilayers". Physical Review Letters, 66(16), 2152–2155.
• "Peter Grünberg — Biographical". Nobel Foundation, 2007.