海量信息的物理基礎
——透視2007諾貝爾物理學獎
——透視2007諾貝爾物理學獎
用MP3聆聽音樂，拿數碼相機記錄生活，上網搜索資料……這些都得益於磁盤技術的出現。一部風靡歐美的電影《FightClub（搏擊俱樂部）》描寫了一 個精神分裂症患者，沒有權力，也拒絕暴力傷人，卻想實現“人人財富平等”。聽起來不可思議，實現起來易如反掌，至少理論上如此——讓世界上所有財富歸零， 只要摧毀銀行總部裏那塊存儲着每個人財產信息的硬盤就可以了。
顯然，面對海量信息的嚴峻挑戰，磁盤就成了整個信息時代的“大本營”——那個聰明的精神分裂症患者注意到了這一點——硬盤可以輕而易舉地存下整個世界。但是就在二十多年前，磁介質存儲險些讓光介質存儲趕出歷史舞臺。
而今，不但硬盤的冤家——光盤，已然黯然退居二線，而且因導致硬盤技術的出現而改寫信息技術進化史的兩位“英雄”也獲得了今年的諾貝爾物理學獎。他們的實驗發現——巨磁阻效應，幫助人類讀取整個信息世界。
150年前，英國的開爾文勳爵發現，在磁場作用下，一些金屬物體內會發生電阻改變的現象。在此後的一百三十多年裏，這種“磁電阻”效應的發現並沒有對技術進步有什麼實質性的推動。顯然，電阻變化的幅度太微弱，只有1%到2%。
1980年代中期，在只有一些模棱兩可的猜測下，法國巴黎大學的艾爾伯·費爾(AlbertFert)和德國尤利希研究中心的彼得·格魯伯格 (PeterGrünberg)正在嘗試去“放大”磁阻效應。經過幾年潛心研究，1988年，費爾的科學團隊發現，在Fe/Cr多層膜中，微弱的磁場變化 就可以引起電阻的急劇變化，幅度是開爾文的數十倍。費爾將其命名爲“巨磁電阻效應（GiantMagnetoresistance，簡稱GMR）”。稍後 不久，格魯伯格在尤利希研究中心也發現了同樣的效應。
雖然沒有直接理論預言，但是巨磁阻的發現已經是瓜熟蒂落了。這是借了納米技術的東風。當時，科學家已經可以在真空環境中製造只有幾個原子厚的金屬薄膜，而這在以前是無法想象的。瑞典皇家學會在諾貝爾獎官方網站的介紹中也指出，巨磁電阻算是納米技術的第一場勝仗。
在巨磁阻效應發現前後，磁盤存儲技術正舉步維艱。由於數據存儲點需要有足夠的磁場，那麼就不能做得太小，否則磁場太弱無法檢測出來。這種磁存儲患了“閱讀障礙綜合徵”，整個業界看好光存儲技術。
雖然格魯伯格稍晚一些發現了巨磁阻效應，但他具有技術眼光和經濟頭腦，發現之後就申請了專利。在這以後的幾年內，格魯伯格多次向媒體提到巨磁阻沒有得到足 夠的重視。通過抱怨的方式來提醒業界儘快完成從實驗室到市場的技術產業化。而今，老格魯伯格能拿到的專利報酬相當於每年給他一次諾貝爾獎金。
1988年，艾爾伯·費爾首先發現了巨磁阻效應
雖然格魯伯格稍晚發現了巨磁阻效應，但他發現之後就申請了專利
在巨磁阻發現後的第6年，IBM的工程師斯圖爾特·帕金（StuartParkin）首先利用巨磁電阻，研製出高靈敏度磁頭，將磁盤記錄密度一下子提高了 17倍。這項新技術使每兆的存儲的價格垂直下落，從1997年的20美分一直到2001年不到半美分，全球硬盤的收入也近乎翻了一倍。
在1980年代末決定性的實驗完成後，費爾和格魯伯格就一路獲獎。從新材料McGroddy獎、惠普歐洲物理獎，到物理領域獨尊的沃爾夫獎。當然IBM的 帕金也多次名列其中，他們三個人已經一起獲得過兩次獎。因爲實現巨磁阻技術困難重重，當時並不被看好，帕金自然功不可沒，而諾貝爾獎卻冷落了他。加州大學 納米尺度科學工程中心主任羅伯特·哈登 (RobertCHaddon)也認爲帕金沒有得獎值得商榷：“也許是評獎委員會認爲，觀測到巨磁阻效應更加重要吧。”
這次諾獎，是進入21世紀以來，第一次沒有美國人名字的諾貝爾物理學獎。歐洲人很高興，這是罕見的、原汁原味的來自歐洲的科學貢獻。不過，巨磁阻的最終結 果卻是，歐洲人給美國人做了嫁衣——IBM公司首先成功地將巨磁阻從物理實驗室請到尋常百姓家。榮譽屬於歐洲，最大贏家還是美國人。
中國也和巨磁阻有着千絲萬縷的聯繫。“其實，在彼得·格魯伯格1986年的相關研究的論文合作者中就有中國科學家，不久回國之後轉向去做其他方面的研 究。”中科院物理所趙見高研究員告訴我們，北大物理系戴道生教授等人在巨磁阻現象發現之前，就注意到了它的重要性，他們“在八八年（1988年）就看到國 外做這個東西，感到很重要，當時報上這個項目，等了六年纔給資助。六年，人家產品都出來了”。另外，趙見高研究員提到：“目前60%的磁頭都在中國走加工 手續。”
這或許構成了2007年諾貝爾物理獎的另一層含義：歐洲人的發現，美國人的產業，中國人的加工。
相關連接：
1、http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/phyreading.html
2、http://www.research.ibm.com/research/gmr.html