نخستین کاربردهای نانو تکنولوژی

دو فیزیکدان که چگونگی استفاده از خواص مغناطیسی و الکتریکی لایه های نازک اتم ها برای ذخیره مقدار زیاد اطلاعات در دیسک های کوچک را کشف کردند، روز نهم اکتبر (هفدهم مهرماه) به عنوان برندگان جایزه نوبل سال ۲۰۰۷ معرفی شدند. از این خواص برای ساخت آی پادها و دیگر ابزارهای نوینی که امروزه در زندگی مان به کار می بریم، استفاده می شود.
«آلبر فر» از دانشگاه پاریس و «پیتر گرانبرگ» از موسسه پژوهش های حالت جامد در آلمان به طور مشترک مبلغ ۵/۱ میلیون دلاری جایزه آکادمی سلطنتی علوم سوئد را دریافت می کنند.
مبلغ این جایزه در مراسمی که روز دهم دسامبر (نوزدهم آذرماه) در استکهلم برگزار می شود، به این دو اهدا می شود.
دکتر «فر» ۶۹ ساله و دکتر «گرانبرگ» ۶۸ ساله که در سال ۱۹۸۸ مستقل از یکدیگر کار می کردند، اثری به نام «مقاومت مغناطیسی بزرگ مقیاس» را کشف کردند. در این اثر تغییرهای کوچک در میدان مغناطیسی، تغییرهای بزرگی را در مقاومت الکتریکی به وجود می آورد. این اثر در ابزارهای نوین ضبط اطلاعات، موسیقی و قطعه های ویدئو به صورت مجموعه یی از صفر و یک های مغناطیسی نقش بسیار مهمی دارد. این اطلاعات ضبط شده در مرحله بعد به وسیله یک هد کوچک اسکن و به سیگنال های الکتریکی تبدیل می شود.
«بورج یوهانسن» یکی از اعضای آکادمی سلطنتی علوم سوئد به خبرگزاری آسوشیتدپرس گفته است؛«بدون این کشف، MP۳ و آی پاد وجود نداشت. بدون این دستاوردها ساخت آی پاد ممکن نبود.»
دکتر «فر» در یک تماس تلفنی با آکادمی سلطنتی علوم سوئد در استکهلم (که به طور همزمان پخش می شد) گفته است؛«من برای خانواده و همکارانم بسیار خوشحالم. همچنین بسیار خوشوقتم که این جایزه را با یک دوست شریکم.»
به گفته کارشناسان این کشف در حقیقت یکی از نخستین دستاوردهای حوزه جدید نانونکنولوژی بود. نانوتکنولوژی علم طراحی ابزارها و ساخت آنها با استفاده از اتم ها است که ضخامت اتم ها پس از قرار گرفتن در کنار یکدیگر تنها چند نانومتر (هر نانومتر یک میلیاردم متر است) می شود.
هد اسکن کننده در ابزارهای امروزی دارای لایه های متوالی است که ضخامت هر کدام از این لایه ها تنها چند اتم از یک فلز مغناطیسی (مانند آهن و فلز غیرمغناطیسی مانند کروم) است. هنگامی که ضخامت اتم ها تا این اندازه کوچک باشد، قواعد عجیب و غریب مکانیک کوانتوم حاکم است و خواص شگفت انگیز اتم ها ظاهر می شود.
در تقدیرنامه نوبل آمده است که علاوه بر این پژوهش های دکتر «فر» و دکتر «گرانبرگ» پیشگام پیدایش نوع جدیدتر، کوچک تر و فشرده تری از ابزارهای ذخیره حافظه با نام «اسپین ترونیکس» است. در این حافظه ها با تنظیم اسپین الکترون ها، اطلاعات ذخیره و پردازش می شود.
مهندسان از آغاز عصر رایانه، اطلاعات را مغناطیسی ثبت می کردند و الکتریکی می خواندند، اما از زمانی که تلاش کردند اطلاعات هر چه بیشتری را در ابزارهای خود ذخیره کنند، مجبور شدند از حافظه های کوچک تر و ظریف تری استفاده کنند و بنابراین به ابزارهای حساس تری برای خواندن اطلاعات نیاز پیدا کردند.
دانشمندان از مدت ها پیش می دانستند که میدان های مغناطیسی می تواند روی مقاومت الکتریکی مواد مغناطیسی مانند آهن اثر بگذارد. جریان الکتریکی در راستای خطوط میدان بسیار آسان تر حرکت می کند تا عمود بر این میدان. این اثر برای تشخیص میدان های مغناطیسی مفید بود و در هدی که دیسک های مغناطیسی را می خواند به کار رفته است.
اما این پدیده اثر کمی در تغییر مقاومت دارد و فیزیکدانان فکر نمی کردند که جنبه های ناشناخته دیگری هنوز وجود دارد.
بنابراین در سال ۱۹۸۸ که گروه دکتر «فر» در آزمایشگاه فیزیک حالت جامد و گروه دکتر «گرانبرگ» دریافتند که لایه های متوالی از آهن و کروم حساسیت بسیار زیادی نسبت به میدان های مغناطیسی نشان می دهند، بسیار شگفت زده شدند. دکتر «فر» این اثر را مقاومت مغناطیسی بزرگ مقیاس نامید که این نام ماندگار شد. دلیل ایجاد این اثر، پدیده یی است که فیزیکدانان آن را اسپین الکترون ها می نامند. هنگامی که میدان مغناطیسی در لایه های مغناطیسی این مجموعه لایه ها هم جهت باشد، الکترون هایی که اسپین آنها در راستای خطوط میدان باشد، آزادانه در لایه ها حرکت می کنند، اما الکترون هایی که در جهت دیگر در حرکتند، پراکنده می شوند.
به هر حال اگر یکی از لایه های مغناطیسی در اثر عاملی مثل خواندن یک سیگنال کوچک آشفته شود، جهت میدان مغناطیسی آن تغییر می کند و برعکس می شود. در این حالت بدون توجه به جهت الکترون، مانعی در برابر حرکت الکترون ها ایجاد و الکترون در لایه ها پراکنده می شود در نتیجه مقاومت الکتریکی این مجموعه لایه ها زیاد می شود.
همان گونه که فیلیپ شو از موسسه فیزیک امریکا توضیح داد، در این پدیده با اعمال یک میدان مغناطیسی ضعیف، مقدار کمی جریان الکتریسیته به وجود آوردیم.بعدها استوارت پارکین از «آی بی ام» راه ساده تری را برای تولید این مجموعه لایه ها در مقیاس صنعتی ارائه کرد. اولین ابزار تجاری که از مقاومت مغناطیسی بزرگ مقیاس استفاده می کرد، در سال ۱۹۹۷ ارائه شد.
دکتر گرانبرگ متولد پیلسن (که هم اکنون در جمهوری چک قرار دارد) است و PhD خود را در سال ۱۹۶۹ از دانشگاه فناوری دارمشتات در آلمان گرفت.
سال های متوالی دوستان وی از او می پرسند بالاخره کی آن جایزه بزرگ را می گیرد، به همین دلیل وی از دریافت جایزه نوبل شگفت زده نشد، وی می گوید که به آینده چشم دوخته است و می خواهد پژوهش در این زمینه را ادامه دهد.
دکتر فر متولد فرانسه است و PhD خود را در سال ۱۹۷۱ از دانشگاه پاریس دریافت کرد. وی به آسوشیتدپرس گفت غیرممکن است بتوانیم پیشگویی کنیم فیزیک نوین به چه سمتی می رود. این روزها که به فروشگاه می روم و فروشنده را می بینم که با یک رایانه سرگرم تایپ است، به خودم می گویم؛«نگاه کن، او هم مشغول استفاده از چیزی است که من در ذهن خودم آن را طراحی کردم.»

دنیس اوربای
ترجمه؛ سلیمان فرهادیان

منبع : روزنامه اعتماد