Nobelpreis für Physik 2007 zur Hälfte nach Deutschland

Die diesjährigen Preisträger kommen aus Deutschland und Frankreich. Sie erhalten den Preis für die Entdeckung des GMR-Effekts (Riesenmagnetowiderstand).

Prof. Peter Grünberg
Prof. Peter Grünberg

Stockholm (Schweden) - Dieses Jahr zeichnet der Nobelpreis für Physik eine neue Technik aus, mit der die auf Computer-Festplatten gespeicherten Datenmengen ausgelesen werden. Dank dieser Technik konnten die Festplatten in den letzten Jahren so erheblich verkleinert und zugleich mit wesentlich größerer Speicherkapazität angeboten werden. Diese Festplatten, die in Computern und vielen MP3-Spielern benötigt werden, brauchen empfindliche Leseköpfe, mit denen die magnetisch eingespeicherten Daten abgetastet werden.

Der Franzose Albert Fert und der Deutsche Peter Grünberg entdeckten 1988, unabhängig von einander, einen ganz neuen physikalischen Effekt - den Riesenmagnetowiderstand oder GMR (giant magnetoresistance). Äußerst schwache magnetische Veränderungen erzeugen in einem Riesenmagnetowiderstand sehr große Veränderungen des elektrischen Widerstandes. Ein solches System ist genau das, was gebraucht wird, um die Daten aus Festplatten auszulesen, wobei magnetisch gespeicherte Information in einen elektrischen Strom umgewandelt werden muss. Daher gingen sehr schnell Wissenschaftler und Techniker daran, den neuen Effekt für einen Lesekopf auszunützen. Bereits 1997 wurde der erste auf dem GMR-Effekt basierende Lesekopf vorgestellt. Diese Konstruktion wurde sehr schnell Stand der Technik. Auch alle weiteren Entwicklungen bauen auf den GMR.

Auf der Festplatte liegt die Information in Form von mikroskopisch kleinen Feldern mit verschiedenen Magnetisierungsrichtungen vor. Die Information wird abgerufen, indem ein Lesekopf die Festplatte abtastet und magnetische Veränderungen registriert. Je kleiner und dichter mit Information gepackt die Festplatte ist, desto kleiner und schwächer werden auch die einzelnen magnetischen Felder. Desto empfindlicher muss damit der benötigte Lesekopf sein. Ein Lesekopf mit GMR-Effekt kann die sehr kleinen magnetischen Veränderungen in für eine Messung ausreichend große Unterschiede beim elektrischen Widerstand umwandeln, und damit in Schwankungen im elektrischen Strom, der vom Lesekopf ausgesendet wird. Der Strom ist das Ausgangssignal des Lesekopfs, die verschiedenen Werte der Stromstärke stellen Nullen und Einsen dar.

Die Entdeckung des GMR-Effekts war dank in den 1970er Jahren entwickelten neuen Techniken für äußerst dünne Schichten aus verschiedenen Materialien möglich geworden. Zum Gelingen des GMR muss man Schichtstrukturen aufbauen können, die in sich Dicken von nur wenigen Atomen haben. Deshalb kann man die Technik des GMR auch als eine der ersten großen Anwendungen für die so viel versprechende Nanotechnik ansehen.

(wdp/jk)