Эффект GMR был открыт в 1988 году в кристаллах, подвергнутых воздействию сильного магнитного поля (мощность которого была в 1 000 раз выше, чем у полей, используемых в накопителях на жестких дисках). Ученые Петер Грюнберг (Peter Gruenberg) из Германии и Альберт Ферт (Albert Fert) из Франции обнаружили, что в магнитном поле сопротивление проводников, состоящих из чередующихся сверхтонких слоев различных металлов, изменяется в довольно широком диапазоне. Основная конструкция, используемая в гигантских маг-ниторезистивных головках, представляет собой разделительный слой немагнитного материала, расположенный между двумя слоями магнитных металлов. Один из этих магнитных слоев является закрепленным, т.е. имеющим заданную магнитную ориентацию. Другой же считается свободным, что означает возможность свободного изменения направления или ориентации. Магнитные материалы стремятся выровняться в одном направлении. Таким образом, если разделительный слой будет достаточно тонок, свободный слой приобретет ту же ориентацию, что и закрепленный. Было обнаружено, что ориентация свободного слоя периодически изменяется, то совпадая с магнитной ориентацией закрепленного слоя, то приобретая строго противоположное направление. Когда слои ориентированы в одном направлении, их общее сопротивление имеет относительно низкую величину; при противоположной магнитной ориентации общее сопротивление слоев значительно возрастает.
Считывающий элемент гигантской магниторезистивной головки показан на рис. 9.6.
При прохождении слабого магнитного поля (характерного, например, для жестких дисков) через гигантскую магниторезистивную головку происходит изменение ориентации частиц свободного магнитного слоя по отношению к магнитному направлению закрепленного слоя, что значительно повышает общее сопротивление. Как вы уже знаете, подобное явление возникает в результате эффекта GMR. Физическая природа перепадов сопротивления обусловлена направлением собственного вращения электронов в различных слоях.
Рис. 9.6. Поперечное сечение гигантской магниторезистивной головки
В декабре 1997 года все та же IBM анонсировала накопитель емкостью 16,8 Гбайт (3,5"), в котором используются головки GMR. Использование эффекта GMR дает возможность сохранять до 20 Гбайт данных на каждом квадратном дюйме поверхности магнитного носителя, что позволяет создавать накопители стандартного 3,5-дюмового формфактора (3,5 дюйма в ширину и 1 дюйм в высоту) объемом 100 Гбайт.
Системы перпендикулярного (вертикального) хранения данных
Практически во всех жестких дисках и запоминающих магнитных устройствах других типов используется продольная (горизонтальная) запись данных, при которой магнитные частицы располагаются горизонтально по отношению к поверхности носителя. Тем не менее перпендикулярная запись данных, при которой магнитные частицы рабочего слоя носителя располагаются вертикально, позволяет значительно повысить плотность записи, так как вертикально ориентированные частицы занимают гораздо меньше места, чем частицы, записанные в горизонтальном положении (рис. 9.7). Этот метод впервые предложил профессор Шун Ич Ивасаки (Shun-ich Iwasaki) в 1976 году. Однако до последнего времени единственным устройством, в котором использовалась эта технология, был недолговечный накопитель на 2,88-дюймовых гибких магнитных дисках, представленный компанией Toshiba в 1989 году. Начиная с 1991 года этот накопитель стал использоваться в системах IBM PS/2. В настоящее время ведущие производители накопителей, к которым относятся компании Seagate и Maxtor, работают над усовершенствованием технологии перпендикулярной записи, стремясь получить носители, превосходящие по плотности записи даже накопители с рабочим слоем AFC (antiferromagnetically coupled; сверхтонкий слой рутения, используемый в этих накопителях, получил шутливое название "пыльца эльфов"). Более подробная информация представлена в разделе "Повышение плотности записи с помощью AFC" в конце главы.