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Hard-Drive Advance gana el premio Nobel
El Premio Nobel de Física de este año fue otorgado a un par de investigadores que descubrieron una propiedad magnética que abrió el camino para los discos duros rápidos y compactos de hoy, haciendo posible todo, desde iPods hasta centros de datos masivos que sirven como columna vertebral de Internet. El descubrimiento ha ayudado a mejorar la densidad de almacenamiento de datos en al menos un orden de magnitud. Y está allanando el camino para varias tecnologías experimentales que podrían aumentarlo aún más.
Bits premiados: Este disco duro de IBM, como la mayoría de los discos duros actuales, utiliza un efecto descubierto por los ganadores de este año del Premio Novela de Física.
Albert Fert , director científico de la Unidad Conjunta de Física CNRS-Thales en Francia, y Peter Grünberg , recientemente retirado como investigador científico en el Centro de Investigación Jülich en Alemania, descubrió de forma independiente la propiedad, que Fert llamó magnetorresistencia gigante (GMR), en 1988. GMR hace posible empaquetar mucha más información en un disco duro al aumentar significativamente la sensibilidad de detectores utilizados para leer bits de información. Diez años después de su descubrimiento, IBM comercializó discos duros basados en el efecto.
Antes de que se descubriera GMR, los discos duros dependían de un fenómeno llamado magnetorresistencia, que se conocía desde hacía más de 100 años. En magnetorresistencia, un campo magnético altera la resistencia eléctrica de un material, provocando cambios mensurables en la corriente eléctrica. En los discos duros, esta propiedad se utilizó para detectar bits de información: regiones en un disco que se han magnetizado en una de dos direcciones. A medida que la cabeza pasa sobre dicha región, su campo magnético cambia una corriente que fluye en la cabeza, registrando una 1 o un 0 . Pero la tecnología encontró problemas a medida que aumentaba la densidad de la memoria y los investigadores desarrollaron formas de escribir bits cada vez más pequeños. A los sensores convencionales les resultaba cada vez más difícil detectar los bits magnéticos almacenados en un disco duro, dice David Awschalom , profesor de física en la Universidad de California en Santa Bárbara. La industria se enfrentaba a esta pared de ladrillos. ¿Cómo pones más información en un disco y aún lo lees?
El descubrimiento de Fert y Grünberg condujo a nuevos sensores que muestran un cambio gigante en la resistencia electrónica cuando se encuentran con un campo magnético. Este cambio mayor hizo posible detectar bits más pequeños, lo que hace que sea práctico meter muchos más en un disco. Es la razón por la que hace varios años todos vimos un aumento muy fuerte en la densidad de almacenamiento en nuestros discos duros, dice Awschalom. Ha afectado enormemente al consumidor.
El efecto de magnetorresistencia gigante depende de una propiedad mecánica cuántica de los electrones llamada espín, que tiene que ver con las propiedades magnéticas de un material. Una corriente electrónica incluye electrones con dos tipos de espín, designados hacia arriba o hacia abajo. De manera similar, los materiales magnéticos se pueden magnetizar en diferentes direcciones, que también se pueden llamar hacia arriba y hacia abajo. La facilidad con la que un electrón puede moverse a través de un material magnético depende de su giro. Si el giro de un electrón está hacia arriba, se moverá libremente a través de un imán orientado hacia arriba, pero encontrará resistencia en un imán hacia abajo. El electrón de espín descendente se comportará de manera opuesta.
Fert y Grünberg explotaron este comportamiento combinando dos capas de material, una magnetizada hacia arriba y otra hacia abajo. Luego aplicaron un campo magnético que magnetizó a ambos en la misma dirección y observaron el efecto que esto tenía en la corriente que atraviesa las capas. Descubrieron que cuando ambas capas están orientadas en la misma dirección, al menos un tipo de electrón puede pasar libremente. Pero cuando están orientados en direcciones opuestas, ambos tipos de electrones encuentran resistencia, lo que provoca una gran caída de corriente. Debido a que el efecto es grande, el campo magnético de incluso un poquito crea una señal discernible, lo que hace posible detectar bits más pequeños.
El descubrimiento pronto llamó la atención de investigadores de todo el mundo debido a su potencial para mejorar los discos duros. Stuart Parkin, científico de IBM Research, descubrió que el efecto podría lograrse utilizando métodos mucho más rápidos y baratos que los utilizados por Fert y Grünberg. Mientras tanto, se tuvieron que desarrollar varias otras tecnologías para aprovechar la magnetorresistencia gigante, incluidas las técnicas para escribir bits más pequeños y para mover los cabezales de lectura / escritura con mayor precisión. Un descubrimiento clave de los investigadores de IBM fue una nueva configuración de capas magnéticas que hizo posible que el efecto se produjera con pequeños campos magnéticos y se utilizara en los diminutos cabezales de lectura / escritura de los discos duros.
La primera unidad de disco basada en GMR, un disco duro de 16 gigabytes fabricado por IBM, apareció en 1997. Durante los siguientes 10 años, la tecnología condujo a discos duros de 1000 gigabytes (un terabyte), dice John mejor , ahora el tecnólogo jefe de Hitachi Global Storage Technologies en San José, CA. Lideró el grupo de IBM que desarrolló la primera tecnología de cabezal de lectura / escritura basada en GMR. (El más reciente de estos discos duros hace uso de un efecto relacionado llamado magnetorresistencia de túnel; como GMR, hace uso de capas magnéticas orientadas en direcciones opuestas, pero es aún más sensible).
El efecto GMR podría ser la clave para varias generaciones más de dispositivos de memoria, dice Best. A medida que los investigadores desarrollan nuevas formas de empaquetar más bits en un disco duro, lo que lleva a discos potencialmente 50 veces más densos que los disponibles en la actualidad, la tecnología relacionada con GMR continuará utilizándose para detectar estos bits, dice. La propiedad también es crucial para nuevos tipos de dispositivos, incluida la memoria magnética de acceso aleatorio (MRAM), que es no volátil como la memoria flash, pero más rápida y confiable. Otra tecnología experimental llamada memoria de pista de carreras, que ahora está siendo desarrollada por Parkin, usa un tipo novedoso de bit de memoria, pero que aún podría leerse usando un dispositivo basado en GMR, dice. La memoria de hipódromo podría eventualmente combinar las mejores características de los discos duros, las unidades flash y la memoria de acceso aleatorio convencional, sirviendo como un dispositivo de memoria universal. (Consulte Un mejor chip de memoria e Intentos de IBM para reinventar la memoria).
De hecho, al otorgar el premio, el comité del Nobel señaló la gran importancia de la RMG en la apertura de la nueva ciencia de la espintrónica, en la que se manipulan tanto la carga como el espín de los electrones. El descubrimiento, que el comité describe como uno de los primeros beneficios de la nanotecnología, se ha convertido a su vez en una fuerza impulsora para nuevas aplicaciones de la nanotecnología.