פרס וולף לחוקרי השפעת השדה המגנטי על מוליכות חשמלית

פרס וולף לפיזיקה, שמעניקה קרן וולף הישראלית והנחשב בעיני רבים לפרס השני בחשיבותו אחרי פרס נובל, ניתן השנה למדען הצרפתי אלברט פרט (Fert) ולמדען הגרמני פיטר גרונברג (Gruenberg). השניים גילו, בנפרד, את תופעת ה-GMR - giant magnetoresistance, שלה יישומים מעשיים חשובים. השניים יחלקו ביניהם את הפרס הכספי, בסך 100,000 דולר.

תופעת ה-GMR, שגילו בשנת 1988 שתי קבוצות המחקר הנפרדות בראשותם של פרט וגרונברג, הפתיעה את העולם המדעי. "התנגדות מגנטית" היא שינוי בהתנגדות החשמלית של חומר פֶרומגנטי (שהוא חומר הניתן למִגנוט, כדוגמת ברזל, ניקל וקובלט) כתוצאה משדה מגנטי חיצוני. עד לגילוי ה-GMR היה ידוע, כי שינוי כזה הוא קטן למדי ביחס להתנגדותו המקורית של החומר.

החוקרים גילו כי כאשר מפרידים שתי שכבות של חומרים פרומגנטיים באמצעות שכבה דקה של חומר שאינו מגנטי, ניתן לשנות את התנגדותו של המוליך במידה משמעותית ביותר. כאשר המגנוט של השכבות מקביל, זרם ינוע במערכת בחופשיות. כאשר הוא הפוך, ההתנגדות החשמלית תעלה מעבר לערך ללא מגנוט. תופעה זו מתבססת על העובדה שכיוונו של ספין האלקטרון ביחס לכיוון המִגנוט של החומר שבו הוא נע משפיע על סיכויי הפיזור של האלקטרון.

כאשר הכיוונים הפוכים, סיכויי הפיזור גדולים יותר והאלקטרונים אינם עוברים בחופשיות. זהו מצב של התנגדות גבוהה. על מנת ליצור מצב כזה, ממגנטים את השכבות השונות בכיוונים הפוכים, כך שכל אלקטרון, בלי תלות בכיוון הספין שלו, יוסט בעוברו דרך אחת השכבות. לעומת זאת, כאשר כיוון המִגנוט של השכבות זהה, מחצית מהאלקטרונים עוברים ללא הפרעה, ועבורם ההתנגדות החשמלית נמוכה (ראו איור). קיימות דרכים שונות ליישם רעיון זה, המנסות להתמודד עם הקושי שביצירת מִגנוט הפוך לשכבות סמוכות. התקנים רב-שכבתיים, שבהם נבחרים בקפידה חומרים שונים בעלי עובי מתאים, מאפשרים להביא טכנולוגיה זו לידי מימוש.

תגלית זו פתחה את השער למגוון יישומים טכנולוגיים, שחלקם ממומשים כבר היום וחלקם בעלי פוטנציאל לעתיד. בתחום האחסון המגנטי, טכנולוגיה המבוססת על GMR מאפשרת לדחוס מידע רב יותר לתוך נפח אחסון קטן יותר, ולקרוא אותו במהירות רבה יותר. כמעט כל כונן קשיח הקיים כיום מתבסס על טכנולוגיה זו. מלבד ראשים לקריאת מידע מגנטי, מאפשרת טכנולוגיה זו יצירת חיישנים רגישים במיוחד אשר גם להם מגוון יישומים. תכונה חשובה נוספת של מתקני GMR היא יכולתם לייצר זרם של אלקטרונים בעלי כיוון ספין אחיד. זרם כזה של אלקטרונים בעלי ספין מקוטב יוכל לשמש, בעתיד, ליצירת מחשבים מהירים אשר יסתמכו על כיוונו של ספין האלקטרון כבסיס לפעולת החישוב.

לקריאה נוספת לחצו כאן