Техника - молодёжи 2007-12, страница 14

Top Science

может быть объяснено лишь в рамках квантовой электродинамики. Более того, поскольку этот эффект проявляет себя в полной мере только в очень тонких плёнках, толщина которых измеряется нанометрами, то есть миллиардными долями метра, а получение таких плёнок, состоящих всего-навсего из нескольких атомных слоёв, стало возможно лишь в 70-х гг. XX в., то и открытие не могло быть сделано ранее.

Итак, GMR-эффект возникает в материалах-«сэндвичах», состоящих из слоёв ферромагнитного вещества, разделённых тонкими (толщина порядка нанометра) прослойками немагнитных материалов. Грюнберг и Фер заметили, что если проводник состоит из тончайших слоёв толщиной в несколько атомов и магнитные поля в соседствующих слоях направлены в одну сторону, сопротивление такого проводника тоже мало. Однако если эти магнитные поля направлены противоположно, рассеивание электронов на границах слоёв резко увеличивается, и сопротивление повышается во много-много раз. В этом и состоит суть эффекта GMR (или ГМС), обнаруженного нынешними лауреатами в 1988 г.

Поначалу никто, как и в случае с лордом Кельвином, не предполагал, что от выявленного эффекта будет какой-либо толк. Однако практичный Грюнберг на всякий случай решил всё же запатентовать это открытие. Что оказалось весьма разумно, поскольку патент уже принёс многие десятки миллионов долларов и евро.

В конце XX в. потрясающая чувствительность ГМС к изменению поля была оценена по достоинству, и десять лет тому назад, в 1997 г., IBM создала первую считывающую головку, основанную на этом эффекте. Она получилась весьма компактной, обладала высокой избирательностью, что позволило значительно увеличить ёмкость носителей.

Теперь уже есть жёсткие диски ёмкостью в 1 терабайт, то есть 1000 гигабайт.

И это ещё не всё. Нобелевская премия — уже пятая крупная международная награда, полученная исследователями за эту работу. Поскольку эффект GMR наблюдается в материалах, состоящих из двух магнитных слоёв, разделённых очень тонким немагнитным слоем, это свойство позволяет создавать ток не из простых, а из спин-поляри-зованных электронов. Ныне найдены и материалы, которые позволяют обеспечить такой эффект не в жидком гелии, как у Грюнберга с Фером, а при комнатной температуре.

Данный факт послужил фундаментом для развития электронных схем, использующих в качестве носителя информации спин электрона. Недаром Шведская королевская академия наук отметила, что эта технология может рассматриваться как первое по-настоящему эффективное приложение многообещающей области нанотехнологий.

Впрочем, ещё большие перспективы открывает изобретение перед разработчиками информационной технологии будущего — квантовых вычислительных систем. Новая область науки, которая названа спин-троникой, позволит создавать сверхмощные квантовые компьютеры, по сравнению с которыми современные вычислительные машины будут казаться простыми калькуляторами.

ОТЕЦ КАТАЛИЗА,

или Открытие, лежавшее

буквально на поверхности

Нобелевская премия по химии за 2007 г. присуждена известному немецкому учёному Герхарду Эртлю «за исследования химических процессов на твёрдых поверхностях».

Вот что скрывается за этим, довольно общим определением.

Герхарл Эртль

Профессора Эртля знают во всём мире, как одного из отцов катализа. Он не только придумал, как ускорить многие реакции, но и объяснил суть механизма катализации.

По словам сотрудника Института катализа СО РАН, доктора химических наук Владимира Городецкого, именно работы немецкого учёного позволили разобраться, как протекают реакции при наличии катализатора.

Впрочем, ещё в начале прошлого века выдающийся американский учёный, лауреат Нобелевской премии Ирвинг Ленгмюр создал тео

рию катализа, основанную на двух механизмах.

Согласно первому, во время химической реакции молекулы взаимодействуют в адсорбционном слое на поверхности катализатора. Второй механизм назван ударным. Согласно ему, получалось, что реакция идёт не только на поверхности, но и в самой структуре катализатора.

Поначалу считалось, что именно этот вариант ведущий, именно он действует в большинстве случаев. Однако Эртлю удалось доказать, что на самом деле работает главным образом первый механизм, т.е. реакции проходят в основном на поверхности катализатора. Это стало фундаментальным открытием, которое сегодня получило достаточно широкое практическое применение. Во многих процессах катализаторы используются в виде тонких плёнок и порошков, имеющих большую площадь соприкосновения с реагирующими веществами, что обеспечивает высокую производительность индустриальных процессов.

Химия поверхностных явлений — один из самых сложных разделов науки и играет также важную роль в понимании процессов горения топлива, «дожигания» угарного газа и других вредных продуктов «жизнедеятельности» автомобиля.

Ещё более очевидный пример поверхностных процессов — коррозия металлов, происходящая на стыке твёрдого тела и газа. Понимая во всех деталях сущность подобных вещей, можно разработать эффективное антикоррозийное покрытие и значительно уменьшить экономический ущерб.

В последнее время на основе исследований Эртля разрабатываются и водородные топливные элементы, которые помогут решить проблему альтернативного источника энергии и снять автомобильную промышленность с «углеводородной иглы».

Наконец, учёный впервые в мире наблюдал «портрет» химической реакции — поведение так называемых химических волн на поверхности катализаторов. Это позволило ещё глубже разобраться в сути происходящих процессов, понять, как осуществляется процесс катализа уже на атомарном уровне.

Многие химики ныне говорят, что на катализе стоит мир. Трудно назвать какие-либо технологии в химической промышленности, где бы он не применялся. Катализаторы обеспечивают экологически чистый транспорт. Без них нет перспектив, в частности, и у водородной энергетики, на которую делается главная ставка в XXI в. ОН

1 8 2007 №12 ТМ