Le Français Albert Fert et l’Allemand Peter Grünberg ont reçu le prix Nobel de physique 2007 pour leurs travaux sur la magnéto-résistance géante (GMR). Ces travaux datent de 1988 et leurs résultats sont utilisés dans les têtes de lecture des disques durs depuis 1997. Pour comprendre le lien entre la GMR et les têtes de lecture de nos disque durs, voyons comment fonctionne l’enregistrement magnétique d’un signal sur bande (cassette audio ou vidéo) ou disque dur.

Le principe de l’enregistrement magnétique est basé sur la capacité de certains matériaux à s’aimanter lorsqu’ils sont soumis à un champ magnétique (les matériaux ferromagnétiques). Ce type d’enregistrement fut découvert en 1898 par l’ingénieur Danois Valdemar Poulsen en déplaçant un aimant sur une lame de Fer.

Qu’est-ce qu’un champ magnétique ?

Le champ magnétique modifie le mouvement des charges qui sont déjà en mouvement (tandis que le champ électrique met les charges en mouvement). Il est créé par des charges en mouvement : lorsqu’un courant circule dans une bobine, il crée un champ magnétique.

Comment on enregistre des informations avec un champ magnétique ?

Pour enregistrer des informations sur une bande magnétique ou un disque dur on fait passer un petit courant électrique dans une bobine au-dessus d’un matériau particulier (ferromagnétique) qui est capable de se « magnétiser » lorsqu’il est soumis à un champ magnétique. A l’issu de ce processus, le matériau est constitué d’une série de petits aimants dirigés dans un sens ou un autre, c’est comme si l’on plaçait côte à côte des petits aimants présentant leur face Nord ou leurs face Sud.

L’information est donc enregistrée dans la matière sous la forme d’une succession de pôle Nord et Sud : N N S N S S S N N, etc. Dans le cas des bande magnétique (vidéocassette ou cassette audio), les petits aimants sont déposés en fine couche sur un support souple, pour les disque durs, ils sont déposés sur un disque.

Pour lire le support, il faut maintenant « lire » cette série. Pour cela, on déplace un petit fil au-dessus des »micro-aimants » : ceux-ci vont induire un courant électrique dans le fil. Les variation du courant nous indiquera la série enregistrée sur le support.

Pour augmenter la capacité d’enregistrement du support, il est nécessaire de diminuer la région magnétisée (afin de mettre plus de N ou S sur une même surface) mais cela pose des problèmes de lecture car plus la région magnétisée est petite plus le champ magnétique est petit donc difficile à détecter. C’est là qu’interviennent les travaux de notre nouveau prix Nobel. Dans les disques durs modernes, les têtes de lectures sont constituées d’un matériau dont la résistance électrique dépend du champ magnétique (ce sont les têtes de lecture magnétorésistives) : on ne mesure plus le courant électrique induit par le champ magnétique mais la modification de résistance électrique. Les travaux d’Albert Frey et son équipe ont permis de découvrir que dans des minces couches de matériaux ferromagnétiques alternées avec des matériaux non magnétiques (une sorte de micro sandwich) l’effet de magnétorésistance était très important d’où le terme de magnétorésistance géante (GMR). Cela permet de détecter des champs beaucoup plus faibles et d’augmenter la capacité de nos disques durs.

Pour mesurer l’importance de toutes ces découvertes sur notre quotidien, rappelons-nous que le premier ordinateur muni d’une mémoire de masse sur bande magnétique (l’équivalent d’un disque dur) était l’Univac 110. C’était un ordinateur de 11.5 m de long et 6 m de large qui utilisait des disques magnétiques de 21.6 cm tournant à 3500 tour/min et stockant l’équivalent de 48 ko. A l’heure actuelle le moindre ordinateur est livré avec un disque dur d’une centaine de Go soit 2 millions de fois plus d’information !

Pour aller plus loin :

• L’article de wikipedia sur la Magnétorésistance géante
• histoire.info.online.fr permet de découvrir l’histoire de l’informatique
• Tous les prix Nobels

A propos du prix nobel, 2 questions digne du trivial pursuit :

• Qui a gagné le prix Nobel de mathématique 1965 ?
• Qu’a inventé Alfred Nobel ?

J’attends vos réponses en commentaire.