Nagroda FNP 2009 dla prof. Józefa Barnasia za zjawisko magnetooporu

Zjawisko magnetooporu ma podstawowe znaczenie dla odczytu informacji zapisanej na twardym dysku. Jego odkrycie stanowiło przełom w miniaturyzacji twardych dysków. Teoretyczne opisanie efektu gigantycznego magnetooporu (GMR) to zasługa Polaka - prof. dr hab. Józefa Barnasia z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza. Za tworzenie teoretycznych podstaw spintroniki, a w szczególności za wyjaśnienie zjawiska GMR, uczony odebrał 2 grudnia w Warszawie Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w obszarze nauk ścisłych.

Jeszcze w latach 90. ubiegłego stulecia głowice odczytu informacji oparte były na znanych zjawiskach fizycznych prowadzących do magnetooporu. Ich efekt był jednak stosunkowo słaby i w rezultacie możliwości głowic ograniczały dalsze zwiększanie gęstości zapisu dysków. Zjawisko GMR odkryli niemal jednocześnie, choć niezależnie od siebie, Niemiec Peter Gruenberg i Francuz Albert Fert. W 2007 r. otrzymali za to odkrycie Nagrodę Nobla z fizyki.

Prof. Józef Barnaś już wcześniej zajmował się opisem sztucznie wytwarzanych układów warstwowych. Polak wyjaśnił teoretycznie odkryty przez noblistów efekt. Zaproponował fizyczny mechanizm zjawiska GMR i teoretycznie opisał jego podstawowe właściwości.

Efekt GMR został zaobserwowany w ultracienkich strukturach wielowarstwowych złożonych z warstw magnetycznych metali przejściowych (np. żelaza) przedzielonych warstwami niemagnetycznymi (np. chromu). Pod wpływem zmian zewnętrznego pola magnetycznego zachodzą znaczne, dochodzące nawet do 50 proc. zmiany oporu tych struktur. Ta zmiana oporu elektrycznego znana jest właśnie jako efekt GMR.

Badania gigantycznego magnetooporu stały się podstawą nowej ery fizyki - spintroniki, jako że efekt GMR ściśle wiąże się ze spinem elektronów (elektrony, których poruszający się strumień tworzy płynący prąd, oprócz ładunku elektrycznego mają również spin). Istota sukcesu zjawiska GMR polega na tym, że udało się skonstruować takie struktury (nazywane zaworami spinowymi), w których zmiana konfiguracji magnetycznej, a tym samym i skok oporu elektrycznego zachodzi w bardzo małych polach magnetycznych.

Zjawisko, które teoretycznie wyjaśnił laureat Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, błyskawicznie znalazło zastosowania praktyczne. Podstawowym obszarem, w którym pojawiły się znaczące korzyści, jest produkcja twardych dysków komputerów. Dzięki efektowi GMR dzisiejsze dyski mieszczą kilkadziesiąt razy więcej danych niż te same urządzenia z lat 90. XX w.

***

Prof. Józef Barnaś urodził się w 1951 r. Jest fizykiem teoretykiem. Ukończył Uniwersytet im. Adama Mickiewicza (1974), gdzie uzyskał również doktorat (1983) oraz habilitację (1993). Od roku 1999 jest profesorem. W latach 1974-1992 pracował na Politechnice Poznańskiej. Obecnie związany jest z Wydziałem Fizyki UAM oraz z Instytutem Fizyki Molekularnej PAN w Poznaniu.

Od wielu lat zajmuje się sztucznie wytwarzanymi magnetycznymi układami warstwowymi. Pod koniec lat 80. rozpoczął współpracę w tym zakresie z prof. Peterem Gruenbergiem, późniejszym laureatem Nagrody Nobla z fizyki (2007), w którego zespole w Centrum Badań, w Jlich, pracował w latach 1988-89. Prof. Barnaś współpracował także w CNRS w Orsay z drugim, nagrodzonym Noblem, odkrywcą zjawiska gigantycznego magnetooporu, prof. Albertem Fertem. Poza Niemcami i Francją prace badawcze za granicą prowadził także w Belgii, na Katolickim Uniwersytecie w Leuven (1994-1996).

Po powrocie do Polski utworzył na UAM Zakład Fizyki Mezoskopowej, gdzie rozwija tematykę efektów spinowych w transporcie elektronowym. Napisał ponad 250 artykułów opublikowanych w czasopismach o zasięgu międzynarodowym oraz w wydawnictwach książkowych. Jest laureatem m.in. Nagrody Ministra Edukacji Narodowej (1997), Nagrody Marii Curie-Skłodowskiej (1999) i Medalu Smoluchowskiego Polskiego Towarzystwa Fizycznego (2008).