Знание-сила, 2008 № 07 (973) - [13]

Успехи ученых и инженеров, проводящих опыты с наноструктурами, неоспоримы. Осваивая окружающее нас пространство, мы не только выбрались в космическую даль и заглянули за миллиарды световых лет от Земли, но и сумели проникнуть туда, где держат свой путь атомы, и с помощью наших приборов начали манипулировать ими. Предел пока не достигнут. «Как много места там внизу!» — все так же, как и полвека назад, восклицают ученые, приглашая нас проникнуть в загадочный наномир — туда, где даже микроны кажутся дистанциями огромного размера.

Рафаил Нудельман

Фантастическая практичность

Слово «нанотехнология» на устах у всех. И не случайно. Во-первых, оно поражает воображение: нано — это миллиардная доля метра, и тем не менее сегодняшняя наука уже в силах заглянуть в эти глубины и даже указать реальные пути к использованию открывающихся там возможностей. А возможности воистину фантастические — и это вторая причина популярности нанотехнологии. Достаточно сказать, что она в принципе делает возможным, например, создание метаматериалов, обеспечивающих полную невидимость любых предметов, или квантовых компьютеров, способных работать, как полагают специалисты, с неслыханной доселе скоростью и мощностью, или тех углеродных нанотрубок, из которых можно будет сплести, как уже сейчас стараются, сверхпрочный канат для космического лифта с Земли до Луны.

Я чувствую, однако, что некоторые нетерпеливые читатели сетуют: мол, чем громоздить кучу всех этих звонких и непонятных слов во славу нанотехнологии, лучше б на каком-нибудь, желательно простом, примере конкретно показать, каким образом упомянутое содружество науки и техники делает реальными все эти фантастические наночудеса. Так вот именно это я и намерен сделать на конкретном примере того открытия, за которое двум выдающимся ученым, Альберту Ферту из Франции и Петеру Грюнбергу из Германии, была присуждена Нобелевская премия по физике за 2007 год[* Краткое сообщение об этом появилось еще в «З-С» № 1 за этот год.].

Это открытие имеет прямое отношение к заявленной здесь теме, о чем авторитетно свидетельствует хотя бы решение Нобелевского комитета, где прямо говорится, что работа Ферта и Грюнберга привела к таким техническим результатам, которые «могут рассматриваться как одно из первых крупных достижений нанотехнологии». И в то же время это открытие как раз таково, что его фантастичность, с одной стороны, и величайшее практическое значение, с другой, сразу понятны всем, даже без долгих разъяснений. Ибо речь идет об открытии эффекта, сделавшего возможным создание тех жестких дисков емкостью в терабайты (тысячи гигабайтов), на которых работают все современные компьютеры. Думается, к этому ничего больше добавлять не надо. Понимающему — достаточно. Sapienti — sat.

Эффект, открытый Фертом и Грюнбергом, называется довольно просто: «Гигантская магниторезистентность (ГМР)», что сокращенно означает «гигантский ответ электрического сопротивления на самые небольшие изменения магнитного поля». Здесь опять «понимающему—достаточно», ибо, как многим известно, информация, с которой мы работаем в наших компьютерах, записывается в них на жесткий диск с помощью намагничивания. Сначала вся эта информация (в виде слова, звука или изображения) превращается в так называемую дигитальную форму, то есть в последовательность нулей и единиц, а потом специальное устройство превращает ее в последовательность по-разному намагниченных микроячеек на жестком металлическом диске, покрытом ферромагнитным материалом. Скажем, все ячейки, в которых намагниченность имеет такое-то направление, — это «нули», а все ячейки, в которых другое, — это «единицы».

Чтобы прочесть записанную таким манером информацию, нужна специальная микроголовка, которая проходила бы над каждой такой (затребованной нами) ячейкой диска и реагировала бы на величину намагниченности этой ячейки. Не будем вдаваться в тонкости той электроники и механики, которая управляет почти «мгновенным» (порядка 10 миллисекунд) нахождением требуемого участка на диске, перемещением туда считывающей головки, считыванием всех нужных ячеек и передачей считанной информации в оперативную память. В удивительном по тонкости технологическом комплексе главную роль играет все-таки сама считывающая головка, ибо без нее вся эта электроника и механика ни к чему; ею и займемся.

В первых компьютерах считываю - щая головка работала на основе известного всем явления электромагнитной индукции (меняющееся — при проползании диска под головкой — магнитное поле ячеек вызывало переменное электрическое поле в самой головке). Этот метод был очень груб, и его вскоре заменили так называемым «магниторезистивным методом (МР)». Явление магниторезистивности открыл еще в 1857 году английский физик лорд Кельвин — тот, в чью честь названа абсолютная шкала температур. Он обнаружил, что электрическое сопротивление проводника уменьшается (а ток в нем соответственно увеличивается), если на проводник действует внешнее магнитное поле, силовые линии которого идут в том же направлении, что и ток. Если же поле перпендикулярно току, сопротивление, наоборот, увеличивается (а ток соответственно уменьшается).