El cabezal de lectura GMR de IBM permitió que los discos duros se redujeran hasta caber en portátiles y reproductores de bolsillo

A finales de la década de 1980, la industria del disco duro se estrellaba contra un muro erigido por su propio éxito: cuanto más pequeño era el dominio magnético, más débil era su campo, y el sensor de lectura estándar —la magnetorresistencia anisótropa, conocida desde que Lord Kelvin la midiera en 1857— se quedaba sin sensibilidad. En 1988 el muro se agrietó dos veces: Albert Fert en Orsay y Peter Grünberg en Jülich descubrieron de forma independiente la magnetorresistencia gigante, en la que la resistencia cambia en estructuras laminadas de hierro-cromo mucho más que en cualquier efecto conocido bajo un campo débil.

Convertir el efecto en un producto requirió dos pasos más, ambos impulsados desde IBM. Primero, la válvula de espín: una capa magnética fijada y otra libre, de modo que al explorar un disco la capa libre oscila entre paralela y antiparalela y convierte cada dominio en una corriente alta o baja bien definida: datos binarios leídos directamente de la resistencia. Segundo, la fabricación: la epitaxia, el método que usaron ambos descubridores, era demasiado lenta y costosa para producir a escala. El grupo de Stuart Parkin en IBM demostró que el efecto GMR sobrevive en capas fabricadas por pulverización catódica, un proceso industrial barato: la perfección nunca fue necesaria.

El primer cabezal de lectura GMR comercial se lanzó en 1997 y, como recoge la conferencia Nobel de Fert, los cabezales GMR sustituyeron ese mismo año a los sensores AMR; la página informativa del Nobel señala que la nueva tecnología se convirtió en estándar poco después. El beneficio fue la continuación de la carrera exponencial del disco: unidades de terabytes para uso doméstico, discos lo bastante pequeños para portátiles y reproductores de música de bolsillo. La tecnología sucesora, la magnetorresistencia de efecto túnel, está ahora en los cabezales más recientes, y Fert y Grünberg compartieron el Premio Nobel de Física de 2007 por el efecto que subyace a todo ello.

Leer bits con el espín del electrón, no con corriente inducida

La sensibilidad de lectura era la restricción determinante de la densidad de área, y la GMR la multiplicó respecto a la AMR en un orden de magnitud en el laboratorio: la física encajaba exactamente con el cuello de botella.

La estructura de válvula de espín convierte la dirección de un campo en una señal limpia de dos niveles, sin necesidad de un posicionamiento fino analógico: el efecto es favorable a lo digital por construcción.

La pulverización catódica eliminó el obstáculo de fabricación: el efecto no dependía de capas epitaxiales perfectas, por lo que los cabezales podían producirse a escala industrial.

El beneficio se multiplica por la propia economía del disco: cada mejora en la densidad de área reduce el coste por gigabyte, y eso es lo que creó el mercado de almacenamiento para dispositivos portátiles.

Un descubrimiento se convierte en producto solo cuando alguien encuentra la forma barata de fabricarlo. La pulverización catódica demostró que el efecto sobrevivía en capas imperfectas: el atajo de fabricación decidió lo que se comercializó.

Los cabezales de lectura GMR se convirtieron en el estándar de la industria en un par de años tras 1997 y sostuvieron el ascenso de la densidad del disco duro durante la era de los terabytes, un avance que la Fundación Nobel atribuye a la reducción de los discos duros hasta caber en portátiles y dispositivos de bolsillo. Los cabezales TMR —la misma física con un espaciador aislante— desplazaron a los GMR en la generación más reciente. Fert y Grünberg compartieron el Premio Nobel de Física de 2007, y el trabajo de materiales de IBM que industrializó el efecto sembró el campo más amplio de la espintrónica, incluidas las uniones túnel magnéticas y la MRAM.