就可以看到内部的大概结构，大家知道这个盘片金黄色的，就是磁盘，中间有个马达带动旋转，这有个磁头，这是相当于磁鼻，磁头就在这个尖上，很小一个东西，当磁头掠过就是从磁盘上划过的时候就可以读取或者写入一些信息。好，这样看还有点太宏观，我们再把它放大一些，这看起来像一面镜子，很光滑，其实并不是那样的。 我们把它稍微放大一点，就发现它上面有那种麻麻点点的东西，但看起来还算均匀。然后再放大，我们就发现它里边是这有黑的、白的这种块块，它就代表存储一点的信息。这样看还不是很清晰，如果我们用电镜看，到原子级别的时候，看到原子级别就发现它里边一点都不光滑，看着就是一种原子，包括还有上面的磁块小块，我们称它为叫磁性区域，它里面分为更小的磁抽，我们可能在大学物理里面学习过，估计印象不是很深刻，我们待会儿再说那个东西，其实在坐的有两个专家，一个是我们的李院长，就是研究这个磁存储的介质。然后还有陈老师，也是研究这种磁性薄膜的，这上面的这些薄膜存储的颗粒都非常的薄、非常的小，尺度也大概是在10纳米左右。这个图还是不够大，我们把它再放大一些，用那个示意图来看一下，我们选取这一个轨道，它上面分为很多轨道和扇区的，我们看一下一个轨道从这是一个轨道的方向，然后它又分成一小块一小块的单元。注意看这单元，N和S，N就代表N级，S就代表S级，它代表一个磁铁的方向。然后有的是朝上有的是朝下，好这是为了记录信息用的，比如说我们认为朝上是1的话，朝下就是0。这样我们就可以写入或读取信息，怎么读呢？这有一个读取头在这个部位，然后写入的话有这样一个装置，上面有一些螺线圈，通电之后产生强磁场就可以把这一块根据需要把这一块的颗粒进行磁化。 好，这是比较现代的一种垂直存储的方式，这块有点没有显示全。好，这几个东西都跟自旋电子学或者磁电子学有密切的关系，其中最密切的相当于就是这个读取头，我们下面再具体的来看一下。 这个是一个横轴代表是时间，从八十年代开始到2015年当然是几年后了，纵轴就是磁盘的存储容量，注意这个坐标是个对数坐标，它每小格就是增加十倍的，举个例子，我在2002年的时候买了一块硬盘，当时主流硬盘是40G，花了我大概500块钱。在2008年的时候没过多少年，大概这个位置，我又花一千块钱买了一个一千G的，大概容量已经翻了25倍了，但价格只翻了一倍。然后到我们如果按照这个轴来预测的话，到2015年它就可以达到10T，这个不是天方夜谭，是很有可能实现的。好，随着磁盘容量增加，我们知道这颗粒密度要增加，颗粒的大小就要减小。然后磁头不管是读取的还是写入，都要随之减小，这读写操作要求就会相对提高一些，然后就需要一些新技术的支撑。当然技术必须需要有一些基础科学的支撑，比较重要的就是物理，它就需要一些新的物理效应。 我们再说一下继续刚才的问题就是它的读取头，这个人是IBM公司的folow，folow什么意思呢？在公司里面他相当于IBM公司的最高级别，就是终身的研究员，不用发愁丢饭碗那种，每年有很多经费，他估计一年几百万美元的经费应该是没问题的，我见过他一次，聪明绝顶。1998年的时候，他最先把巨磁阻效应用到硬盘的读取头，存储密度就提高了大概100倍左右。然后每年就创造了百亿美元的市场价值，这是一个很大的突破。然后他也得到很多很多奖，但唯独没有得诺贝尔奖，诺贝尔物理学奖，因为他是搞工程的，搞工程就是搞技术的，是要站在这些巨人的肩膀上的。这两位是2007年的诺贝尔物理学奖得主，我们把他翻译成菲特，其实在法语里面这个T是不发音的。然后这个是法国科学家，这是德国的物理学家，他们俩很巧合，几乎在同一时间发现了居磁阻效应，时间是在1989年左右，估计在坐的好多学生当时刚出生，这个人我稍微了解一下，我们工作跟他联系的比较紧密，我说一下他是在1968年左右就开始研究这个东西，直到1989年，20年，他50岁的时候才发现巨磁阻效应，又过了大概20年，才获得诺贝尔奖，这是一个40年坚持不懈的研究。 所以如果你想获得一个巨大的成就，一个专著的、不懈的研究是非常重要的。这体现了欧洲他们做研究的一个风格，就是在一个坑里不停的往下挖，挖的越深，直到挖出水来为止，而不像我们国内现在做研究，就是拿一个水壶到处灌水，这种跟风是不太合适的。 好，我们再看一下他们俩做的事情，就是那个德国物理学家，他只用了三层材料，两层铁层中间夹一个非铁磁的材料，然后电流是沿着界面的方向流过去。好，是什么意思呢？我们先把一个铁磁层的方向固定，比如它是向右的，然后另外一个可以变。如果上面那个铁磁层跟下面是方向一直的，磁化方向一致，通这个电流我们测它的电阻，这个电阻是比较小的，注意是比较小。如果上面那个铁磁层的磁化方向跟下面的相反，反平行排列的，好这个电阻就相对的大一些。但这个效应是非常

下面我们就再讲一下这跟电子学，磁电子学有什么关系。在刚才我们说的那个三层结构之后，那是一个电流跟界面是平行的。后来在大概两年之后，更多的目光都转移到这种垂直结构，电流跟各层的界面是垂直的，好在这种结构里面，它的巨磁阻效应更加明显，所以以后的巨磁阻效应用的更多的是这种结构。好，随后我们把这个非磁层，比较常用的是金属，如果把它改成绝缘体，会产生这种磁阻效应，它的磁阻比率更大、更明显。 随后我们后来又研究到这种发现自旋转移力矩，就是说如果通过电流，这里边的自旋可以转移到这一层，而对这一层的自旋产生一个力矩作用，能使它的方向发生改变，要么静动或者翻转都可以实现。另外还有一些自旋效应，还有量子自旋霍耳效应，而一些现在比较热门一个光质磁性超快翻转，也是一个研究领域。 现在有问题就是目前我们的电子器件，比如电脑里面的CPU、GPU之类的，主要还是基于半导体材料，前面研究的这些结果大部分是一些金属结构，为了能使金属结构跟半导体结合，这样我们就可以作出更加高效的器件。到这一步的时候，我们就给磁电子学另外一个名字了，就是自旋电子学，现在磁跟自旋之间有密切的联系，下面我们就简单讲一下磁和自旋之间的关系。 好，我们稍微复习一下，或者稍微回顾一下简单的一些知识，比如电子电量，我们在大学物理中经常碰见这种问题，比如电子在电场磁场中的运动，它会受到电场跟磁力之类的，还有电子有质量，这个电子质量很难测，我们一般是测什么呢？测电子的电量，就是测电子电量的，然后测它的和之比，也就是电子的电量跟质量的比值，有了这两个量之后我们再反推计算出电子的质量，有了这些东西之后我们就可以定义电子的动量，比如说这是经典定义方法，然后量子的定义方法，还有角动量，看这幅图电子绕着一根固定的轴，有这样一个轨道运动，假设圆周运动，我们就可以定义这样一个角动量，按经典力学的方法，我们就可以定义出这样一个角动量，它是跟轴平行的，然后量子力学的方法稍有不同，其实就在这个方程基础上再乘上一个，跟R差乘。 好，有了角动量之后，我们还可以定义出它的磁矩，这个不管是经典力学还是量子力学它的方程大概都是这个样子的，只是L的定义不太一样。 好，这是一些我们熟知的，但后来他们通过一个实验证明这些微观粒子，它们还是有一个内的磁矩的。虽然它们最初做实验用的是一些不带电的原子或者离子，但是后来对电子做研究也可以发现电子有一个磁矩，当然这主要是跟轨道磁矩做一个区别，它有一个非常重要的特点，然后这个磁矩是不能用轨道角动量来解释的，随后就引出一个自旋角动量。 下面我们来具体讲一下电子的自旋，如果你想严格的描述从理论上描述电子自旋，那么你就需要相对论量子力学，最简单的也就是狄拉克方程，那里边会非常自然的推出一个电子需要一个为了保持它的总角动量守恒，在轨道角动量之外你必须再定义出一个自旋角动量，那是一个非常自然的推导过程。如果你不想用，相对量子力学这么复杂的工具，你可以在非相对量子力学的范畴内也可以讨论这问题。那么你这样做，你就认为自旋是电子的一个内并属性，是在三个空间坐标之外的另一个自由度。就像内饼，就像质量和电量一样。 好，它有几个特点，首先大小我们可以用这个公式来表达，实际上这个意义不是很大，但是我们知道自旋的一个量子数是1/2。好，最重要是这两项，就是它的测量值和测量值的概率。