巨磁电阻效应如何改变数字时代

极弱的磁场变化引发巨大的电阻改变，这个看似简单的物理发现，让我们的口袋能装下整个图书馆。

2007年10月9日，瑞典皇家科学院宣布将当年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔，以表彰他们各自独立发现了“巨磁电阻”效应。这项发现被认为是纳米技术领域的首批实际应用之一，它不仅彻底改变了数据存储技术，还推动了整个信息产业的发展。

01 颁奖背景：打破美国科学家的垄断 #

2007年诺贝尔物理学奖的公布延续了每年10月初颁发诺贝尔奖的传统。值得一提的是，这次奖项打破了美国科学家连续7年的垄断，成为多年来首次由欧洲科学家获奖的物理学奖。

在2000年至2006年期间，共有20人获得诺贝尔物理学奖，其中16人是美国公民或在美国进行研究工作的科学家。费尔和格林贝格尔的获奖因此显得格外引人注目。

诺贝尔奖评选委员会主席佩尔·卡尔松用两张图片生动解释了这一发现的重大意义：一台1954年体积占满整间屋子的电脑和一个如今普通、手掌大小的硬盘。正是巨磁电阻效应，使得单位面积介质存储的信息量得以大幅度提升，实现了从房间大小的巨型计算机到便携式笔记本电脑的飞跃。

阿尔贝·费尔是法国国家科学研究中心的科学家，而彼得·格林贝格尔则来自德国于利希研究中心。1988年，两人分别独立发现了巨磁电阻效应。

这种效应描述的是一种特殊的物理现象：非常弱小的磁性变化就能导致磁性材料发生非常显著的电阻变化。与传统磁电阻效应相比，巨磁电阻效应要大一个数量级以上。

关键突破：巨磁电阻效应的发现得益于当时新兴的纳米级薄膜制备技术。费尔和格林贝格尔能够制造出只有几个原子厚度的薄层结构，这种结构由不同材料的薄膜交替构成。
独立验证：科学史上，不同研究者独立做出相同发现的情况并不少见，这通常意味着该发现时机已经成熟。诺贝尔委员会认可了两位科学家各自做出的贡献。

瑞典皇家科学院对巨磁电阻效应给予了高度评价，他们认为基于这一效应开发的“用于读取硬盘数据的技术”，是“前途广阔的纳米技术领域的首批实际应用之一”。

瑞典权威理论磁学专家奥勒·埃里克松表示，他对评奖结果“丝毫不感到吃惊”，因为巨磁电阻效应的发现是“全球电子化进程中的一次革命”。有了这一发现，硬盘存储信息的能力大大提高，对笔记本电脑、MP3音乐播放器以及其他便携式媒体播放器的发展起到了重要作用。

《物理世界》期刊编辑杜拉尼也指出，这次物理奖表明“物理不止用于解释自然现象，还与生活用品息息相关”。

巨磁电阻效应的发现不仅仅是理论上的突破，更重要的是它带来了实际应用的革命。以下是这一发现的主要应用领域：

巨磁电阻效应彻底改变了硬盘技术。1994年，IBM公司研制出基于巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍。硬盘的容量从4GB提升到了如今的600GB或更高。

这一突破使得硬盘在与光盘的竞争中重新处于领先地位，并直接促成了现代高容量硬盘的发展。

没有巨磁电阻效应，现代便携式电子设备几乎不可能实现。瑞典皇家科学院直言，“没有巨磁电阻，大家就不会有MP3和iPod”。

这一技术使得设备小型化、廉价化成为可能，让我们能够享受小巧轻便的笔记本电脑、大容量的手提音乐和视频播放器。

除了数据存储，巨磁电阻效应还广泛应用于测量位移、角度等传感器中。与光电传感器相比，它具有功耗小、可靠性高、体积小、能工作于恶劣条件等优点。

这些传感器被广泛应用于数控机床、汽车测速仪、非接触开关和旋转编码器中。

巨磁电阻效应的发现和应用展示了基础科学研究如何转化为革命性技术。这一发现不仅解决了技术瓶颈，还开创了新的研究领域。

巨磁电阻效应的发现引发了过去十几年中凝聚态物理新兴学科——磁电子学和自旋电子学的形成与快速发展。这些学科主要研究与电子自旋性质相关的新型材料和器件，为未来信息技术发展奠定了基础。

中国科学工作者和相关企业在过去十几年里也持续开展了有关新型磁电阻材料和器件及其物理研究，并取得了显著的科研成果。

例如，国际上至今发现具有“巨磁电阻”效应的20多种金属纳米多层膜中，有三种是我国学者发现的。这表明中国科学家在这一领域也做出了重要贡献。

纵观近年来诺贝尔物理学奖获奖项目，可以发现“那些发现了物理学新原理，并使这一原理得到广泛应用”的科学家日益得到评审们的关注。巨磁电阻效应是物理学研究成果与实际应用相结合的典范，它展示了基础科学如何推动技术进步和产业发展。

如今，当我们使用笔记本电脑或聆听MP3播放器时，很少有人会想到这些设备的核心技术源于两位欧洲科学家二十多年前的发现。正如费尔自己所说：“当我走进常去的那家杂货店，看到售货员敲击电脑键盘时，就会自言自语，‘啊！他正在使用我大脑中设想出的某种东西’——太妙了！”

更新 2025年9月25日