IBM의 GMR 재생 헤드가 하드 디스크를 노트북과 포켓 플레이어 속으로 축소시키다

1980년대 후반 무렵 하드 디스크 산업은 자신의 성공이 만든 벽에 부딪히고 있었다. 자기 도메인이 작아질수록 그 자기장은 약해지는데, 표준 판독 센서인 이방성 자기저항은 — 1857년 켈빈 경이 측정한 이래 알려져 있던 — 감도를 다해가고 있었다. 1988년 그 벽이 두 번 갈라졌다. 오르세의 알베르 페르와 율리히의 페터 그륀베르크가 독립적으로 거대 자기저항을 발견한 것으로, 이는 철-크롬 층상 구조에서 저항이 약한 자기장 아래에서 알려진 어떤 효과보다 훨씬 크게 변하는 현상이었다.

이 효과를 제품으로 바꾸는 데에는 두 가지 추가 조치가 필요했고, 둘 다 IBM에서 주도되었다. 첫째는 스핀 밸브다. 한 자기층은 고정되고 다른 한 층은 자유로워서, 디스크를 주사하면 자유층이 평행과 반평행 사이를 오가며 각 도메인을 깔끔한 고전류 또는 저전류로 변환한다 — 저항에서 직접 읽어내는 이진 데이터인 셈이다. 둘째는 제조다. 두 발견자가 사용한 방법인 에피택시는 규모 확장에는 너무 느리고 값이 비쌌다. IBM의 스튜어트 파킨 그룹은 GMR 효과가 스퍼터링으로 만든 층에서도 유지됨을 보여주었다. 값싼 산업 공정이었고, 완벽함은 결코 요구되지 않았다.

최초의 상용 GMR 재생 헤드는 1997년에 출하되었으며, 페르의 노벨 강연록에 기록된 대로 GMR 헤드는 같은 해에 AMR 센서를 대체했다. 노벨 정보 페이지는 이 새로운 기술이 곧 표준이 되었다고 언급한다. 그 성과는 디스크의 지수적 질주가 이어지는 것이었다. 가정용 테라바이트 드라이브, 노트북과 포켓 음악 플레이어에 들어갈 만큼 작은 디스크가 그것이다. 후속 기술인 터널링 자기저항은 이제 최신 헤드에 들어가 있으며, 페르와 그륀베르크는 그 모든 것의 밑바탕에 있는 이 효과로 2007년 노벨 물리학상을 공동 수상했다.

유도 전류가 아니라 전자 스핀로 비트를 읽는다

읽기 감도는 면적 밀도의 결정적 제약이었고, GMR은 실험실에서 AMR 대비 그것을 한 자릿수만큼 배가했다 — 물리학이 병목과 정확히 맞아떨어졌다.

스핀 밸브 구조는 자기장의 방향을 깔끔한 2단계 신호로 바꾸며, 아날로그식 정밀 위치 조정이 필요 없다 — 이 효과는 구조상 디지털 친화적이다.

스퍼터링은 제조의 벽을 없앴다. 이 효과는 완벽한 에피택시 층에 의존하지 않았기에, 헤드를 산업 규모로 생산할 수 있었다.

그 성과는 디스크 자체의 경제학을 통해 복리로 불어난다. 면적 밀도의 모든 향상은 기가바이트당 비용을 낮추며, 바로 이것이 휴대용 기기 저장 시장을 만들어냈다.

발견은 누군가 그것을 값싸게 만드는 방법을 찾아야만 제품이 된다. 스퍼터링은 이 효과가 불완전한 층에서도 유지됨을 보여주었다 — 제조의 지름길이 무엇이 출하될지를 결정했다.

GMR 재생 헤드는 1997년 이후 몇 년 안에 업계 표준이 되었고, 하드 디스크의 밀도 상승을 테라바이트 시대까지 이끌었다. 노벨 재단은 이 발전을 하드 디스크가 노트북과 포켓 기기로 축소된 것과 연결해 평가한다. TMR 헤드 — 절연 스페이서를 쓴 같은 물리학 — 는 최신 세대에서 GMR을 대체했다. 페르와 그륀베르크는 2007년 노벨 물리학상을 공동 수상했으며, 이 효과를 산업화한 IBM의 재료 연구는 자기 터널 접합과 MRAM을 포함한 더 넓은 스핀트로닉스 분야의 씨앗이 되었다.