1988年法國巴黎大學的阿爾貝·費爾教授研究小組首先在Fe/Cr多層膜中發現了巨磁電阻效應，在國際上引起了很大的反響。20世紀90年代，人們在Fe/Cu，Fe/Al，Fe/Au，Co/Cu，Co/Ag和Co/Au 等納米結構的多層膜中觀察到了顯著的巨磁阻效應，由于巨磁阻多層膜在高密度讀出磁頭、磁存儲元件上有廣泛的應用前景，美國、日本和西歐都對發展巨磁電阻材料及其在高技術上的應用投入很大的力量。

1994年，IBM公司研制成巨磁電阻效應的讀出磁頭，將磁盤記錄密度一下子提高了17倍，達5Gbit/in2，最近達到11Gbit/in2，從而在與光盤競爭中磁盤重新處于領先地位。由于巨磁電阻效應大，易使器件小型化，廉價化，除讀出磁頭外同樣可應用于測量位移，角度等傳感器中，可廣泛地應用于數控機床，汽車測速，非接觸開關，旋轉編碼器中，與光電等傳感器相比，它具有功耗小，可靠性高，體積小，能工作于惡劣的工作條件等優點。利用巨磁電阻效應在不同的磁化狀態具有不同電阻值的特點，可以制成隨機存儲器(MRAM)，其優點是在無電源的情況下可繼續保留信息。

巨磁電阻效應在高技術領域應用的另一個重要方面是微弱磁場探測器。隨著納米電子學的飛速發展，電子元件的微型化和高度集成化要求測量系統也要微型化。在21世紀，超導量子相干器件、超微霍耳探測器和超微磁場探測器將成為納米電子學中的主要角色。其中以巨磁電阻效應為基礎設計超微磁場傳感器，要求能探測10-2T至10-6T的磁通密度。如此低的磁通密度在過去是無法測量的，特別是在超微系統測量如此微弱的磁通密度十分困難，納米結構的巨磁電阻器件可以完成這個任務。

瑞典皇家科學院9日宣布，將2007年諾貝爾物理學獎授予法國科學家阿爾貝·費爾和德國科學家彼得·格林貝格爾，以表彰他們發現了"巨磁電阻"效應。他們將分享1000萬瑞典克朗(1美元約合7瑞典克朗)的獎金。瑞典皇家科學院說:"今年的物理學獎授予用于讀取硬盤數據的技術，得益于這項技術，硬盤在近年來迅速變得越來越小。"

通常說的硬盤也被稱為磁盤，這是因為在硬盤中是利用磁介質來存儲信息的。一般而言，在密封的硬盤內腔中有若干個磁盤片，磁盤片的每一面都被以轉軸為軸心、以一定的磁密度為間隔劃分成多個磁道，每個磁道又進而被劃分為若干個扇區。磁盤片的每個磁盤面都相應有一個數據讀出頭。

簡單地說，當數據讀出頭"掃描"過磁盤面的各個區域時，各個區域中記錄的不同磁信號就被轉換成電信號，電信號的變化進而被表達為"0"和"1"，成為所有信息的原始"譯碼"。

伴隨著信息數字化的大潮，人們開始尋求不斷縮小硬盤體積同時提高硬盤容量的技術。1988年，費爾和格林貝格爾各自獨立發現了"巨磁電阻"效應，也就是說，非常弱小的磁性變化就能導致巨大電阻變化的特殊效應。

這一發現解決了制造大容量小硬盤最棘手的問題:當硬盤體積不斷變小，容量卻不斷變大時，勢必要求磁盤上每一個被劃分出來的獨立區域越來越小，這些區域所記錄的磁信號也就越來越弱。借助"巨磁電阻"效應，人們才得以制造出更加靈敏的數據讀出頭，使越來越弱的磁信號依然能夠被清晰讀出，并且轉換成清晰的電流變化。

1997年，第一個基于"巨磁電阻"效應的數據讀出頭問世，并很快引發了硬盤的"大容量、小型化"革命。如今，筆記本電腦、音樂播放器等各類數碼電子產品中所裝備的硬盤，基本上都應用了"巨磁電阻"效應，這一技術已然成為新的標準。

瑞典皇家科學院的公報介紹說，另外一項發明于上世紀70年代的技術，即制造不同材料的超薄層的技術，使得人們有望制造出只有幾個原子厚度的薄層結構。由于數據讀出頭是由多層不同材料薄膜構成的結構，因而只要在"巨磁電阻"效應依然起作用的尺度范圍內，科學家未來將能夠進一步縮小硬盤體積，提高硬盤容量。

這兩位科學家都比較喜歡音樂。費爾最喜歡的樂手是美國爵士樂鋼琴家塞羅尼斯·蒙克，而格林貝格爾對古典音樂十分癡迷，他還是一名吉他愛好者。

費爾1938年3月出生于法國南部小城卡爾卡索納，1970年在南巴黎大學獲博士學位，1976年開始擔任南巴黎大學教授。自1995年以來，費爾還一直擔任法國國家科研中心與法國泰雷茲集團組建的聯合物理實驗室科學主管。費爾于2004年當選法國科學院院士。

格林貝格爾1939年出生于比爾森，1969年在達姆施塔特技術大學獲博士學位，1972年開始擔任德國于利希研究中心教授，2004年退休。

格林貝格爾的知識產權保護意識比較強。兩位科學家1988年發現"巨磁電阻"效應時意識到，這一發現可能產生巨大影響。格林貝格爾為此還申請了專利。

目前，根據這一效應開發的小型大容量電腦硬盤已得到廣泛應用。兩位科學家此前已經因為發現"巨磁電阻"效應而獲得多個科學獎項。

1.什么是巨磁電阻?

答:在通有電流的金屬或半導體上施加磁場時，其電阻值將發生明顯變化，這種現象稱為磁致電阻效應，也稱磁電阻效應(MR).目前，已被研究的磁性材料的磁電阻效應可以大致分為:由磁場直接引起的磁性材料的正常磁電阻(OMR，ordinaryMR)、與技術磁化相

聯系的各向異性磁電阻(AMR，anisotropi。MR)、摻雜稀土氧化物中特大磁電阻(CMR，ColossalMR)、磁性多層膜和顆粒膜中特有的巨磁電阻(GMR，giantMR)以及隧道磁電阻(TMR，tunnelMR)等.

巨磁電阻簡而言之就是電阻值對磁場變化巨敏感的一種電阻材料。從論文里看具體的關系是在沒有外加磁場時材料程高阻態，有外加磁場(與極性無關)時程低阻態。

2.為什么巨磁電阻效應能應用到計算機硬盤上?

答:計算機硬盤的常用材料是磁性材料，磁頭在寫數據的時候改變硬盤表面磁性材料單元的極性以記錄0和1，在讀取數據的時候，需要探頭能夠識別表面單元的極性，這時就可以用巨磁電阻---考慮一個用巨磁電阻做的探頭從一個單元移到另一個單元的過程，如果兩個單元表面極性相同，那么探頭表面的磁場強度似乎(我也不確切了解這方面原理，只是推測)應當變化不大，于是探頭的電阻變化也不大;如果兩個單元表面極性相反，那么探頭表面的磁場強度似乎應當經歷一個從大到小再到大的過程，于是探頭的電阻值會出現一個尖峰(探測電阻很容易，只需要加恒定壓測電流)。只需要判斷有沒有這個尖峰出現就可以知道相鄰兩個單元的極性是否不同，再由某個已知極性的單元就可以推斷當前單元的極性。電阻隨磁場的變化越劇烈，探頭的分辨率必然越好，于是會導致單位面積的硬盤容量越來越大，因此有必要對巨磁電阻理論的創始人心存感恩。

哪些材料能夠產生巨磁電阻效應

1,在摻雜鈣鈦礦型錳氧化物R1-xAxMnO3中發現巨磁電阻(GMR)， 其中1989年在摻雜鈣鈦礦型錳氧化物R1-xAxMnO3(其中A為二價堿土金屬離子，如Ca2+、Sr2+、Ba2+等，R為三價稀土金屬離子，如La3+、Pr3+、Tb3+、Sm3+等)中發現巨磁電阻(GMR)，由于其在磁記錄、磁傳感器等方面潛在的應用前景，以及金屬-絕緣體相變等所涉及的強關聯效應，使該類化合物吸引了物理學界的廣泛注意。2,鈣鈦礦型錳氧化物La1-xCaxMnO3具有較大的磁熱效應七十年代末至八十年代初，人們在半導體材料以及順磁材料中發現了由量子相干效應(由于無序而加強的載流子庫侖相互作用)導致的正磁電阻，并建立了一套基于無序的理論來解釋所觀察到的實驗現象。去年, Manyala在Fe1-XCoXSi中首次觀察到鐵磁材料中的由量子相干效應導致的正磁電阻。另一方面，人們又在1997年首次發現鈣鈦礦型錳氧化物La1-xCaxMnO3具有較大的磁熱效應后[40,41]，鈣鈦礦型錳氧化物的磁熱效應引起了人們的注意。3,La07Pb03MnO3單晶樣品的由量子相干效應導致的正磁電阻效應、A05Sr05MnO3 (A= Pr, Nd) 的巨磁熱效應、多晶鋅鐵氧體和多晶NiXFe1-XS的巨磁電阻效應

巨磁電阻(GMR)效應是指用時較之無外磁場作用時存在顯著變化的現象，一般將其定義為gmr=其中(h)為在磁場h作用下材料的電阻率(0)指無外磁場作用下材料的電阻率。根據這一效應開發的小型大容量計算機硬盤已得到廣泛應用。

磁性金屬和合金一般都有磁電阻現象，所謂磁電阻是指在一定磁場下電阻改變的現象，人們把這種現象稱為磁電阻。所謂巨磁阻就是指在一定的磁場下電阻急劇減小，一般減小的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻數值約高10余倍。

，電子在導電時并不是沿電場直線前進，而是不斷和晶格中的原子產生碰撞(又稱散射)，每次散射后電子都會改變運動方向，總的運動是電場對電子的定向加速與這種無規散射運動的疊加。稱電子在兩次散射之間走過的平均路程為平均自由程，電子散射幾率小，則平均自由程長，電阻率低。電阻定律R=ρl/S中，把電阻率ρ視為常數，與材料的幾何尺度無關，這是忽略了邊界效應。當材料的幾何尺度小到納米量級，只有幾個原子的厚度時(例如，銅原子的直徑約為0.3nm)，電子在邊界上的散射幾率大大增加，可以明顯觀察到厚度減小，電阻率增加的現象。

電子除攜帶電荷外，還具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁場兩種可能取向。早在1936年，就有理論指出，在過渡金屬中，自旋磁矩與材料的磁場方向平行的電子，所受散射幾率遠小于自旋磁矩與材料的磁場方向反平行的電子。總電流是兩類自旋電流之和;總電阻是兩類自旋電流的并聯電阻，這就是所謂的兩電流模型。

在多層膜巨磁電阻結構中，無外磁場時，上下兩層磁性材料是反平行(反鐵磁)耦合的。施加足夠強的外磁場后，兩層鐵磁膜的方向都與外磁場方向一致，外磁場使兩層鐵磁膜從反平行耦合變成了平行耦合。電流的方向在多數應用中是平行于膜面的。

有兩類與自旋相關的散射對巨磁電阻效應有貢獻。

其一，界面上的散射。無外磁場時，上下兩層鐵磁膜的磁場方向相反，無論電子的初始自旋狀態如何，從一層鐵磁膜進入另一層鐵磁膜時都面臨狀態改變(平行-反平行，或反平行-平行)，電子在界面上的散射幾率很大，對應于高電阻狀態。有外磁場時，上下兩層鐵磁膜的磁場方向一致，電子在界面上的散射幾率很小，對應于低電阻狀態。

其二，鐵磁膜內的散射。即使電流方向平行于膜面，由于無規散射，電子也有一定的幾率在上下兩層鐵磁膜之間穿行。無外磁場時，上下兩層鐵磁膜的磁場方向相反，無論電子的初始自旋狀態如何，在穿行過程中都會經歷散射幾率小(平行)和散射幾率大(反平行)兩種過程，兩類自旋電流的并聯電阻相似兩個中等阻值的電阻的并聯，對應于高電阻狀態。有外磁場時，上下兩層鐵磁膜的磁場方向一致，自旋平行的電子散射幾率小，自旋反平行的電子散射幾率大，兩類自旋電流的并聯電阻相似一個小電阻與一個大電阻的并聯，對應于低電阻狀態。

巨磁電阻材料是指電阻隨外加磁場強度的改變而發生顯著變化的材料,電阻的變化率一般達百分之幾,也有達百分之幾十的,最高可達百分之,這種磁電阻變化在納米薄膜材料中比較顯著。巨磁電阻薄膜材料的廣泛研究始于1988年Baibich等人的一個驚人的發現,即在由Fe、Cr交替沉積形成的多層膜中發現了超過50%的磁電阻變化率,遠遠超過了多層膜中層磁致電阻的總和,這種現象稱為巨磁電阻效應(GMR)。

人們早就知道過渡金屬鐵、鈷、鎳能夠出現鐵磁性有序狀態。量子力學出現后，德國科學家海森伯(W. Heisenberg)明確提出鐵磁性有序狀態源于鐵磁性原子磁矩之間的量子力學交換作用，這個交換作用是短程的，稱為直接交換作用。后來發現很多的過渡金屬和稀土金屬的化合物具有反鐵磁(或亞鐵磁)有序狀態，化合物中的氧離子(或其他非金屬離子)作為中介，將最近的磁性原子的磁矩耦合起來，這是間接交換作用。直接交換作用的特征長度為0.1-0.3nm，間接交換作用可以長達1nm以上。1nm已經是實驗室中人工微結構材料可以實現的尺度，所以1970年之后，科學家就探索人工微結構中的磁性交換作用。

1988年法國的M.N.Baibich等人在美國物理學會主辦的Physical Review Letters 上發表了有關Fe/Cr巨磁電阻效應的著名論文，首次報告了采用分子外延生長工藝(MBE)制成Fe(100)/Cr(100)規則型點陣多層膜結構。在這種(Fe/Cr)n結構中，Fe為強鐵磁性金屬，Cr為反鐵磁性金屬，n為Fe和Cr的總層數。它是采用MBE工藝將Fe(100)/Cr(100)生長在GaAs芯片上，其工藝條件是，保持MBE室內剩余壓力為6.7×10-9Pa，芯片溫度20℃，淀積速率:對于Fe為0.06nm/s;對于Cr為0.1nm/s。它們每層的厚度約(0.9~9)nm，通常為30層。為獲得上述淀積速率，還專門設計了坩堝蒸發器。經實驗發現，當Cr的厚度小于(0.9~3)nm 時，它與Fe層之間偶合的一個反向鐵磁特性(AF)的磁滯回線斜率逐漸增大。圖1 顯示了Fe層為3nm，Cr層分別為0.9nm、1.2nm 和1.8nm，磁感應強度B在±2T 范圍內，熱力學溫度T=4.2K，n=30、35、60 時，3個不同樣本的特性。隨著Cr 厚度的增加和總層數的降低，Δr/r也升高，而且高斯磁場強度B越弱，Δr/r 越高，當B≈2T時，[Fe(3nm)/Cr(0.9nm)]60 膜的Δr/r可達50%以上。實驗還發現，即使溫度升至室溫，B降低了30%Δr/r 也可達到低溫值的一半，這一結論具有十分大的實用價值。

就在此前3個月，德國尤利希科研中心的物理學家彼得·格倫貝格爾( Peter Grunberg )領導的研究小組采用分子束外延(MBE)方法制備了鐵-鉻-鐵三層單晶結構薄膜。在薄膜的兩層納米級鐵層之間夾有厚度為0.8nm的鉻層，實驗中逐步減小薄膜上的外磁場，直到取消外磁場，發現膜兩邊的兩個鐵磁層磁矩從彼此平行(較強磁場下)轉變為反平行(弱磁場下)。換言之，對于非鐵磁層鉻的某個特定厚度，沒有外磁場時，兩邊鐵磁層磁矩是反平行的，這個新現象成為巨磁電阻效應出現的前提。格倫貝格爾接下來發現，兩個磁矩反平行時對應高電阻狀態，平行時對應低電阻狀態，兩個電阻的差別高達10%。

1990年IBM公司的斯圖爾特·帕金(S. P. Parkin )首次報道了除鐵-鉻超晶格，還有鈷-釕和鈷-鉻超晶格也具有巨磁電阻效應。并且隨著非磁層厚度增加，上述超晶格的磁電阻值振蕩下降。在隨后的幾年，帕金和世界范圍的科學家在過渡金屬超晶格和金屬多層膜中，找到了20種左右具有巨磁電阻振蕩現象的不同體系，為GMR材料開辟了廣闊的空間，同時帕金采用較普通的磁控濺射技術代替了精密的MBE方法制備薄膜，目前這已經成為工業生產多層膜的標準。

1992年A.E.Berkowitz和Chien等人首次發現了Fe、Co 與Cu、Ag 分別形成二元合金顆粒膜中的磁電阻效應，在低溫下其Δr/r可達(40~60)%。隨后陸續出現了Fe-Ag、Fe-Cu、CoxAg1-x/Ag 等顆粒多層膜。

1993年人們在鈣鈦礦型稀土錳氧化物中發現了比GMR 更大的磁電阻效應，即Colossal Magneto Resistance(CMR)龐磁電阻效應，開拓了GMR 研究的新領域。

在發現低磁場GMR 效應之后，1994年C.Tsang等研制出全集成化的GMR 器件――自旋閥。同年，美國的IBM公司研制出利用自旋閥原理的數據讀出磁頭，它將磁盤記錄密度提高了17倍，達5Gbit/6.45cm2(in2)。