Fizica pentru perfectionarea profesorilor “Profesorul si Scoala Viitorului” - PowerPoint PPT Presentation

fizica pentru perfectionarea profesorilor profesorul si scoala viitorului n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Fizica pentru perfectionarea profesorilor “Profesorul si Scoala Viitorului” PowerPoint Presentation
Download Presentation
Fizica pentru perfectionarea profesorilor “Profesorul si Scoala Viitorului”

play fullscreen
1 / 76
Fizica pentru perfectionarea profesorilor “Profesorul si Scoala Viitorului”
118 Views
Download Presentation
soyala
Download Presentation

Fizica pentru perfectionarea profesorilor “Profesorul si Scoala Viitorului”

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. Fizica pentru perfectionarea profesorilor“Profesorul si Scoala Viitorului” Curs Conf.Dr. Mirela Nicolov

  2. Premiantii Nobel in Fizica • 2007- Albert Fert, Peter Grünberg • 2006 - John C. Mather, George F. Smoot • 2005 - Roy J. Glauber, John L. Hall, Theodor W. Hänsch • 2004 - David J. Gross, H. David Politzer, Frank Wilczek • 2003 - Alexei A. Abrikosov, Vitaly L. Ginzburg, Anthony J. Leggett • 2002 - Raymond Davis Jr., Masatoshi Koshiba, Riccardo Giacconi • 2001 - Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle, Carl E. Wieman • 2000 - Zhores I. Alferov, Herbert Kroemer, Jack S. Kilby • 1999 - Gerardus 't Hooft, Martinus J.G. Veltman • 1998 - Robert B. Laughlin, Horst L. Störmer, Daniel C. Tsui • 1997 - Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji, William D. Phillips • 1996 - David M. Lee, Douglas D. Osheroff, Robert C. Richardson • 1995 - Martin L. Perl, Frederick Reines • 1994 - Bertram N. Brockhouse, Clifford G. Shull • 1993 - Russell A. Hulse, Joseph H. Taylor Jr. • 1992 - Georges Charpak • 1991 - Pierre-Gilles de Gennes

  3. Premiantii Nobel in Fizica • 1990 - Jerome I. Friedman, Henry W. Kendall, Richard E. Taylor • 1989 - Norman F. Ramsey, Hans G. Dehmelt, Wolfgang Paul • 1988 - Leon M. Lederman, Melvin Schwartz, Jack Steinberger • 1987 - J. Georg Bednorz, K. Alex Müller • 1986 - Ernst Ruska, Gerd Binnig, Heinrich Rohrer • 1985 - Klaus von Klitzing • 1984 - Carlo Rubbia, Simon van der Meer • 1983 - Subramanyan Chandrasekhar, William A. Fowler • 1982 - Kenneth G. Wilson • 1981 - Nicolaas Bloembergen, Arthur L. Schawlow, Kai M. Siegbahn

  4. Premiantii Nobel in Fizica • 1980 - James Cronin, Val Fitch • 1979 - Sheldon Glashow, Abdus Salam, Steven Weinberg • 1978 - Pyotr Kapitsa, Arno Penzias, Robert Woodrow Wilson • 1977 - Philip W. Anderson, Sir Nevill F. Mott, John H. van Vleck • 1976 - Burton Richter, Samuel C.C. Ting • 1975 - Aage N. Bohr, Ben R. Mottelson, James Rainwater • 1974 - Martin Ryle, Antony Hewish • 1973 - Leo Esaki, Ivar Giaever, Brian D. Josephson • 1972 - John Bardeen, Leon N. Cooper, Robert Schrieffer • 1971 - Dennis Gabor

  5. Premiantii Nobel in Fizica • 1970 - Hannes Alfvén, Louis Néel • 1969 - Murray Gell-Mann • 1968 - Luis Alvarez • 1967 - Hans Bethe • 1966 - Alfred Kastler • 1965 - Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger, Richard P. Feynman • 1964 - Charles H. Townes, Nicolay G. Basov, Aleksandr M. Prokhorov • 1963 - Eugene Wigner, Maria Goeppert-Mayer, J. Hans D. Jensen • 1962 - Lev Landau • 1961 - Robert Hofstadter, Rudolf Mössbauer

  6. Premiantii Nobel in Fizica • 1960 - Donald A. Glaser • 1959 - Emilio Segrè, Owen Chamberlain • 1958 - Pavel A. Cherenkov, Il´ja M. Frank, Igor Y. Tamm • 1957 - Chen Ning Yang, Tsung-Dao Lee • 1956 - William B. Shockley, John Bardeen, Walter H. Brattain • 1955 - Willis E. Lamb, Polykarp Kusch • 1954 - Max Born, Walther Bothe • 1953 - Frits Zernike • 1952 - Felix Bloch, E. M. Purcell • 1951 - John Cockcroft, Ernest T.S. Walton

  7. Premiantii Nobel in Fizica • 1950 - Cecil Powell • 1949 - Hideki Yukawa • 1948 - Patrick M.S. Blackett • 1947 - Edward V. Appleton • 1946 - Percy W. Bridgman • 1945 - Wolfgang Pauli • 1944 - Isidor Isaac Rabi • 1943 - Otto Stern • 1942 - The prize money was with 1/3 allocated to the Main Fund and with 2/3 to the Special Fund of this prize section • 1941 - The prize money was with 1/3 allocated to the Main Fund and with 2/3 to the Special Fund of this prize section

  8. Premiantii Nobel in Fizica • 1940 - The prize money was with 1/3 allocated to the Main Fund and with 2/3 to the Special Fund of this prize section • 1939 - Ernest Lawrence • 1938 - Enrico Fermi • 1937 - Clinton Davisson, George Paget Thomson • 1936 - Victor F. Hess, Carl D. Anderson • 1935 - James Chadwick • 1934 - The prize money was with 1/3 allocated to the Main Fund and with 2/3 to the Special Fund of this prize section • 1933 - Erwin Schrödinger, Paul A.M. Dirac • 1932 - Werner Heisenberg • 1931 - The prize money was allocated to the Special Fund of this prize section

  9. Premiantii Nobel in Fizica • 1930 - Venkata Raman • 1929 - Louis de Broglie • 1928 - Owen Willans Richardson • 1927 - Arthur H. Compton, C.T.R. Wilson • 1926 - Jean Baptiste Perrin • 1925 - James Franck, Gustav Hertz • 1924 - Manne Siegbahn • 1923 - Robert A. Millikan • 1922 - Niels Bohr • 1921 - Albert Einstein

  10. Premiantii Nobel in Fizica • 1920 - Charles Edouard Guillaume • 1919 - Johannes Stark • 1918 - Max Planck • 1917 - Charles Glover Barkla • 1916 - The prize money was allocated to the Special Fund of this prize section • 1915 - William Bragg, Lawrence Bragg • 1914 - Max von Laue • 1913 - Heike Kamerlingh Onnes • 1912 - Gustaf Dalén • 1911 - Wilhelm Wien

  11. Premiantii Nobel in Fizica • 1910 - Johannes Diderik van der Waals • 1909 - Guglielmo Marconi, Ferdinand Braun • 1908 - Gabriel Lippmann • 1907 - Albert A. Michelson • 1906 - J.J. Thomson • 1905 - Philipp Lenard • 1904 - Lord Rayleigh • 1903 - Henri Becquerel, Pierre Curie, Marie Curie • 1902 - Hendrik A. Lorentz, Pieter Zeeman • 1901 - Wilhelm Conrad Röntgen

  12. The Nobel Prize AmountThe Nobel Prize amount for 2007 is set at Swedish koron (SEK) 10 million per full Nobel Prize. • 1901 150,782 ; 1902 141,847 ; 1903 141,358 ; • 1904 140,859 ; 1905 138,089; 1906 138,536; • 1907 138,796 ; 1908 139,800; 1909 139,800; • 1910 140,703; 1911 140,695 ; 1912 140,476; • 1913 143,010 ; 1914 146,900 ; 1915 149,223 ; • 1916 131,793 ; 1917 133,823 ; 1918 138,198 ; • 1919 133,127 ; 1920 134,100 ; 1921 121,573; • 1922 122,483 ; 1923 Smallest amount 114,935; • 1924 116,719 ; 1925 118,165 1926 116,960 ; • 1927 126,501 ; 1928 156,939 ; 1929 172,760 ; • 1930 172,947; 1931 173,206; 1932 171,753 ; • 1933 170,332 ; 1934 162,608 ; 1935 159,917 • 1936 159,850 ; 1937 158,463 ; 1938 155,007; • 1939 148,822 ; 1940 138,570 1941 131,496 ; • 1942 131,891 ; 1943 123,691 1944 121,841 ; 1945  121,333 ; 1946 The Foundation is granted tax exemption121,524 ; 1947  146,115 1948  159,773 1949  156,290 • 1950  164,304 ; 1951  167,612; 1952  171,135 ; • 1953 The Foundation's investment rules are changed 175,293 ; • 1954  181,647 ; 1955  190,214 ; 1956 200,123 ; • 1957  208,629 1958 214,559 ; 1959 220,678;

  13. The Nobel Prize AmountThe Nobel Prize amount for 2007 is set at Swedish koron (SEK) 10 million per full Nobel Prize. • 1960 225,987; 1961 250,233 1962 257,220 ; • 1963 265,000 1964 273,000 ; 1965 282,000 ; • 1966 300,000 ; 1967 320,000 ; 1968 350,000 ; • 1969 The Prize in Economics is added 375,000 ; • 1970  400,000 ; 1971 450,000 ; 1972 480,000 ; • 1973 510,000; • 1974 550,000; 1975 630,000 ; 1976 681,000 ; • 1977 700,000 • 1978 725,000 ; 1979 800,000 ; 1980  880,000 ; • 1981 1,000,000 ; • 1982 1,150,000 ; 1983 1,500,000 ; 1984 1,650,000 ; • 1985 1,800,000 ; 1986 2,000,000; 1987 2,175,000; • 1988 2,500,000; 1989  3,000,000 ; 1990  4,000,000 ; • 1991  6,000,000 ; 1992  6,500,000 ; 1993  6,700,000 ; • 1994  7,000,000 ; 1995  7,200,000; 1996  7,400,000 ; • 1997  7,500,000 ; 1998  7,600,000 ; 1999  7,900,000 ; • 2000  9,000,000 ; • 2001  10,000,000 ; 2002  10,000,000 ; 2003  10,000,000 ; • 2004  10,000,000; 2005  10,000,000 ; 2006  10,000,000 ; • 2007  10,000,000

  14. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor gigantice • In acest an Premiul Nobel in Fizica s-a anuntat public in 10 octombrie 2007 si se va inmana oficial in 8 decembrie 2007 lui • ALBERT FERT and PETER GRÜNBERG Pentru Descoperirea Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor gigantice Fenomenul GMR • Aplicatiile acestui fenomen a revolutionat tehnicile de recuperare a datelor pierdute din gresala de pe hard-discurile calculatoarelor • Aceasta descoperire mai joaca un rol major in descoperirea unor diferiti senzori magnetici ca si descoperirea unor noi generatii de elemente de electronica • Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor gigantice pare a avea o mare aplicatie in domeniul nanotehnologiilor

  15. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor gigantice • Diagrama ne arata ritmul de miniaturizare a componentelor din domeniul IT • De fapt revolutia IT depinde de corelarea destulde complicata dintre domeniul de stiinta fundamentala si tehnica fina de receptionare

  16. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor gigantice • Computerele portabile , mp3-playerele , puternicele search engine - toate necesita hard-diskuri unde informatia sa fie foarte dens impachetata. • Informatiile de pe hard disc sunt depozitate in regiuni cu diferite surafete de magnetizare . O anumita suprafata de magnetizare corespunde starii binare de zero si o alta stare de magnetizare corespunde starii de magnetizare 1 . Pentru a citi informatia un cap de citire scaneaza hard-diskul calculatorului si si inregistreaza diferitele campuri de magnetizare . Cand hard-discul devine din ce in ce mai mic fiecare suprafata magnetizata se restrange . Asta inseamna ca fiecare regiune magnetizata corespunzatoare fiecarui bite devine din ce in ce mai ingusta si se poate citi din ce in ce mai greu. • In consecinta un hard-disk pe care este inregistrata informatia cat mai dens impachetata necesita si o tehnica foarte sensibila de citire si de obtinere a informatieie inscriptionate pe ea.

  17. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor gigantice • La sfarsitul anilor 1990 se introduce o tehnica total noua in domeniul capurilor de citire a hard-discurilor , si duce automat la accelerarea fenomenului de miniaturizare a hard- discurilor pe care am remarcat-o in ultimii ani. • Tehnologia de azi se bazeaza pe fenomenul fizic observat cu 20 de ani in urma , pentru care s-a luat premiul Nobel in Fizica in anul 2007 de catre francezul Albert Fert si de neamtul Peter Grünberg care independent unul de celalalt au descoperit fenomenul de GMR ( Giant magnetorezistence) si care isi impart premiul Nobel in 2007 .

  18. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor giganticeDe la Lord Kelvin la Magnetorezistenta • Initial, au fost utilizate bobine de inductie pe post de cap de citire si s-a folosit faptul ca variatia campului magnetic induce un camp electric prin bobina . Aceasta tehnologie nu a putut sa tina pasul cu procesul de miniaturizare a hard discurilor . • Totusi bobine de inductie sunt folosite pentru scrierea informatiilor pe hard-disk. • Fenomenul de magnetorezistenta este mai utuil pentru functiile de citire a hard-diskurilor • Se cunoaste ca rezistenta electrica a materialelor cum ar fi Fe este influentata de campul magnetic • In 1857 Lord Kelvin publica un articol prin care arata ca rezistenta se diminueaza de-a lungul liniilor de magnetizare cand se aplica un camp magnetic unui conductor magnetic.. Cand se aplica un camp magnetic de-a lungul conductorului rezistenta sa poate sa si creasca .

  19. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor giganticeDe la Lord Kelvin la Magnetorezistenta • Acest fenomen de magnetorezistenta (MR) anizotropa este predecesorul fenomenului de Magnetorezistenta aplicata GMR ca tehnologie standard utilizata la capurile de citire – o tehnologie necesara ca fiind foarte sensibila. • Fenomenul GMR a fost posibil sa fie introdus si datorita obtinerii pentru prima data a straturilor subtiri, nanometrice de metale in anii 1970. Aceste straturi cu dimensiuni de 10-6m dau posibilitatea introducerii unei nanotehnologii de obtinere a acestor straturi formate cateodata si din doar cateva straturi de atomi . • La nivel atomic materia se manifesta uneori diferit si astfel la scara nanometrica materialele pot prezenta proprietati de material total noi.. Aceasta este valabila nu numai pentru proprietati ca si conductivitatea electrica si magnetica dar si pentru proprietati cum ar fi rezistenta sau proprietatile chimice sau optice ale materialului. • In acest sens Tehnologia GMR poate fi considerata si ca o aplicatie majora a nanotehnologiilor in diverse domenii de aplicare.

  20. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor gigantice • Rezistenta si magnetizarea • In metalele conductoare , electricitatea reprezinta transportul electronilor care se misca liber prin material . Curentul trece prin conductoare datorita miscarii electronilor pe o directie data , cu cat directia electronilor este mai dreapta cu atat conductanta materialului este mai ridicata . REzistenta electrica apare atunci cand electronii diverg de pe drumurile lor drepte si se imprastie pe iregularitatile si impuritatile de material . Cu cat gradul de imprastiere este mai ridicat cu atat rezistenta este mai ridicata. • Intr-un material magnetic imprastierea electronilor este influentata si de directiile de magnetizare. Rezistenta electrica dintr-un conductor cand electronii ajung in iregularitatile materialului iar miscarea lor in continuare este obstructionata - intrerupta

  21. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor gigantice • Rezistenta si magnetizarea • In fenomenul de GMR exista o foarte stransa legatura intre magnetizare si reistenta datorita rotatiei intrinseci a electronului care induce un moment magnetic intrinsec – moment cuantum mecanic de spin – orientat intr-una sau doua directii opuse . • Intr-un material magnetic majoritatea spinului este orientat in aceeasi directie ( paralel cu aceeasi directie) . Un numar mic de spini sunt orientati in directii opuse , antiparalel cu magnetizarea generala. Acest neechilibru este datorat diferitilor spini sa fie imprastiati la un unghi mai mic sau mai mare datorita neregularitatilor sau impuritatilor din materialul magnetic considerat , mai ales la interfata dintre materialele considerate la jonctiune. Proprietatile materialului determina care electroni vor fi cel mai mult imprastiati . Sau gradul de imprastiere a electronilor depinde de proprietatile materialului.

  22. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului de Magnetorezistenta aplicata mediilor gigantice • Intr-un conductor magnetizat directia spinului pentru majoritatea electronilor este paralel cu magnetizarea ( reprezentata cu rosu in figura) • Putini electroni au spinul orientat in sens opus ( cei in alb) • In acest exemplu electronii cu spinul antiparalel sunt mai imprastiati.

  23. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului GMR • Giant Magnetoresistance – GMR • In exemplul urmator se va prezenta un sistem simplu de GMR .care consta dintr-un strat de tip sandwich format dintr-un strat metalic non-magnetic plasat intre doua straturi metalice magnetice , asa ca in figura . • In interiorul materialului magnetic in special la interfata dintre materialele magnetice si non-magnetice electronii cu spini orientati diferit se supun unui fenomen de imprastiere diferit (1) .Aici vom considera cazul cand electronii se imprastie mai tare cand au spinul antiparalel cu directia de magnetizare . Aceasta inseamna ca rezistenta va fi mai mare pentru acesti electroni decat pentru acei electroni care au spinul paralel cu directia de magnetizare. • In continuare cand electronii intra in regiunea cu material nemagnetizat , ei vor fi imprastiati toti in aceeasi directie ( 2) . • La cea de-a doua interfata , in materialul magnetizat, electronii cu spinul antiparalel se vor magnetiza din nou mai mult decat electronii cu spinul paralel (3)

  24. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului GMR • Giant Magnetoresistance – GMR • In acest caz , cand amandoua straturile sunt magnetizate in aceeasi directie , majoritatea electronilor vor avea spinul paralel si se vor misca usor in interiorul structurii astfel formate. • Rezistenta totala va fi astfel scazuta in cazul A din figura urmatoare. • In consecinta daca magnetizarea a doua straturi este opusa , toti electronii vor fi in starea de spin antiparalel intr-unul din cele doua straturi.Deci nici un electron nu se va putea misca usor intr-un astfel de sistem si deci rezistenta sistemului va fi mare ( cazul B) • Acum sa ne imaginam modul de utilizare a unei astfel de structuri la un cap de citire a hard-discului : Cand magnetizarea stratului (1) este fixa , iar magnetizarea stratului (3) este mobila ( libera sa se miste) , astfel incat sa fie influentata variatia campului magnetic pe hard-disk. Magnetizarea celor doua straturi magnetice va fi alternativa in capul de citire al hard-discului : paralela si antiparalela. Aceasta va determina o variatie a rezistentei si a curentului , prin intermediul capului de citire. Daca curentul va fi un semnal ce paraseste capul de citire , un curent mai mare poate sa semnifice un semnal binar 1 iar un curent scazut poate semnifica zero.

  25. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului GMR • Giant Magnetoresistance – GMR Daca directia magnetizarii in cele doua straturi este opusa , toti electronii vor avea spinul antiparalel intr-un strat si astfel vor fi extrem de imprastiati, ca rezultat rezistenta totala va fi foarte ridicata Daca directia magnetizarii este aceeasi in ambele straturi magnetice , electronii cu spinul paralel ( rosu) pot trece prin intreg sistemul fara a fi imprastiati . In aceasta situatie rezistenta sistemului va fi mica.

  26. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului GMR • Fenomenul GMR devine standard • Pe la mijlocul anilor 1980 oamenii de stiinta au realizat posibilitatile pe le ofera studiile efectuatre in camp magnetic asupra straturilor de diemnsiuni nanometrice. • Albert Fert si colectivul sau au creat in jur de 30 de astfel de straturi de Fier-Crom , straturi compuse doar din cateva straturi de atomi . Pentru a avea succes au trebuit sa lucreze in apropierea regiunii de vacuum si sa lucreze la presiuni scazute ale Fierului si cromiului . Intr-o astfel de situatie atomii se ataseaa la suprafata , strat dupa strat , permit astfel construirea stratului • In mod similar Peter Grunberg si grupul sau au creat un sistem mult mai simplu format dintr-un sandwich de 3 straturi de Fe si un strat d Crom intre ele . • Pentru ca Fert a folosit mai multe straturi a obtinut o valoare a magnetorezitentei mult mai ridicate decat Grunberg. • Grupul francez a concluzionat astfel ca magnetizarea depinde de schimbarea rezistentei pana la 50 % iar nemtii a tras concluzia ca depinde doar de 10% . • Cert este ca amandoua grupurile au observat un fenomen nou de Magnetorezistenta.

  27. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului GMR • Considerand in studiile lor fenomenul de magnetorezistenta traditional nici unul din cele dou grupuri nu au observat nici o modificare a magnetizarii in functie de rezistenta. • Albert fert a fost primul care a introdus conceptul de GMR iar in prima sa lucrare pe aceatsa tema a apreciat ca noul fenomen introdus de le ca poate avea aplicatii spectaculoase . Peter Grünberg si el a realizat potentialul noului fenomen. • Pentru ca noua tehnologie sa fie comerciala a fost cautat un proces industrial care sa creeze straturile subtiri : cunoscut in literatura de specialitate sub denumirea de epitaxie., proces care este laborios si costisitor dar care se preteaza mai mult pentru laboratoare de cercetare decat pentru comercializare pe scara larga . • Stuart Parkin , un englez ce lucra in USA a demostrat ca se poate obtine acelasi efect printr-un proces tehnologic mult mai simplu numit “SPUTERING”. • Efectul GMR se alica la straturi foarte perfecte • Efectul GMR nu se poate produce la scara industriala. • Efectul GMR extrem de sensibil combinat cu procesul industrial de obtinere a straturilor subtiri determina obtinerea unei noi tehnologii de realizare a hard-discurilor care au fost produse incepand cu 1997.

  28. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului GMR • Noile electronice introduse : SPINTRONICELE • GMR este fenomenul care se aplica atat hard-discurilor cu informatii foarte bine impachetate cat si pentru functionarea senzorilor magnetici si dar si a altor aplicatii. Aceasta tehnologie este utilizata si la un nou tip de electronice numite SPINTRONICE care utilizeaza spinul electronului nu numai sarcina traditionala a electronului . Conditia esentiala de existenta a spintronicelor este impusa de micile dimensiuni de obtinere utilizand nanotehnologiile. Directia spinului electronic se mentine pe distante mici . In straturile subtiri , directia spinului electronic se schimba inainte de a tine cont de proprietatile electronice ale diferitelor straturi ( cum ar fi rezistenta mare sau mica a straturilor)

  29. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului GMR • La inceputul perioadei cand s-a folosit/ introdus fenomenul GMR , s-a confectionat un material izolator in loc de un material metalic magnetic de tip sandwich intre doua straturi de metale magnetice .Nici un curent electric nu este posibil sa traverseze un strat izolator dar daca este suficient de subtire , electronii pot patrunde utilizand efectul cuantum mecanic de tunelare . Acest nou sistem poarta denumirea de TMR : efect de magnetorezistenta de tunelare. Utilizand fenomenul de TMR se pot crea campuri magnetice foarte slabe chiar pentru rezistente mari . • Chiar si noua generatie de capuri de citire folosesc aceasta noua tehnologie.

  30. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului GMR • Inspre o memorie universala • O alta aplicatie a spinotronicelor este memoria de lucru magnetica numita MRAM. Pentru suplimentarea hard-diskului , unde sunt stocate in permanenta informatii , computerele au nevoie de o memorie de lucru rapida ceea ce uzual poarta denumirea de RAM ( Random Access Memory) .In RAM-ul sau fiecare computer aduna toate informatiile necesare pentru procesarea informatiilor in timpul functionarii. Neajunsul memoriei de lucru a calculatoarelor este acela ca nu sunt capabile sa depoziteze orice informatie in mod permanent- ca si acest text care este scris dar nu stocat in memoria RAM a calculatorului. In cazul unei caderi de tensiune sau o inchidere din greseala a calculatorului fara salvare textul scris se pierde. Numai prin apasarea butonului SAVE textul considerat se va salva si se va stoca pe hard-diskul calculatorului. • Specificul MRAM : este posibil sa se utilizeze TMR pentru citirea si scrierea informatiilor si astfel sa se creeze o memorie magnetica a calculatorului care este mai rapida si mai usor accesibila. MRAM este astfel utilizabila ca o memorie de lucru contrar caracterului de lucru incet al hard-diskului., dar poate fi si o memorie permanenta care nu depinde de puterea electrica.. • Aceasta inseamna ca MRAM se poate dezvolta a se ajunge sa fie o memorie universala care sa inlocuiasca traditionalul RAM si hard-diskul. Gradul de compactitate al unui astfel de sistem poate fi utilizat in particular in sisteme mici incorporate in tot ce este in jurul nostru de la utilizare in bucatarie pana la automobile .

  31. 2007- Albert Fert, Peter GrünbergDescoperirea Fenomenului GMR • Descoperirea efectului GMR este o usa deschisa catre un nou domeniu tehnologic cel al spinotronicelor unde sunt utilizate atat sarcina electronului cat si spinul electronului. Imbinarea celor doua tehnologii este conditia esentiala descoperirii GMR . Acum spinotronicele sunt forta motrice pentru o dezvoltare cat mai rapida a nanotehnologiilor . Acest domeniu de cercetare este un exemplu neobisnuit de clar cum stiinta fundamentala si noile tehnologii se intrepatrund una cu alta. • Mai multe informatii despre acest subiect se pot gasi pe site-ul : Academiei regale suedeze de stiinte www.kva.se , si http://nobelprize.org . Sau www.nobelmuseum.se Bibliografie corespunzatoare acestei teme se pot considera • “Kopplung macht den Wiederstand” by Peter Grünberg, Physik Journal 9/2007 (in German). • “Giant steps with tiny magnets” by Agnes Barthélémy and Albert Fert et al., Physics World Nov. 1994 (in English). • “Spintronics” by Dirk Grundler, Physics World April 2002 (in English).

  32. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII • Introducere • Radiaţia de fond a fost înregistrată pentru prima dată în anul 1964 de Arno Penzias şi Robert Wilson care au fost premiaţi în 1978 pentru această descoperire. • Prima dată au interpretat greşit radiaţia de fond ca pe un sunet irelevant in staţiile lor radio -înţeles ca un sunet emis de furtună cand televizoarelor le este întreruptă transmisia normală. Această emisie de fond a microundelor era prezisă de o teorie din anii 1940 de Alpher, Gamow şi Herman, descoperirea contribuind la discuţia despre originile Universului.

  33. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII • Au fost introduse două teorii despre aparitia Universului: • teoria Big-Bang, ce susţinea că Universul a fost creat dintr-o explozie iniţială şi a continuat să se extindă si • teoria conform căreia Universul a existat dintotdeauna într-o fază stabilă. Figura 1. Stadiile evoluţiei Universului

  34. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII • Scenariul Big-Bang prezicea existenţa acestei radiaţii cu microunde, deci descoperirea lui Penzias şi a lui Wilson au conferit credibilitate acestei teorii. Potrivit scenariului Big-Bang, Universul s-a dezvoltat de la stadiul de căldură intensă. • Nu există încă teorii stabile despre această condiţie primordială a Universului, dar imediat după acest stadiu se pare că Universul s-a umplut cu o radiaţie foarte intensă. Radiaţia emisă de un "corp" atat de strălucitor este distribuită între diferite lungimi de undă (culori luminoase) într-o manieră specifică, unde forma spectrului depinde doar de temperatură. • Termenul folosit pentru a descrie acest gen de radiaţie este "radiaţie a corpului-negru"- spectre ca acestea pot fi create în laborator. • Max Planck ,care a primit Premiul Nobel pentru fizică in 1918 a fost primul care a descris forma lor particulară. • Chiar Soarele nostru este, de fapt, un "corp-negru", cu toate că spectrul său este mai puţin perfect ca cel al fondului de radiaţie de microunde.

  35. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII • Potrivit teoriei Big-Bang, fondul de radiaţie se răceşte treptat odată cu extinderea Universului. • Forma originală a spectrului corpului-negru a fost oarecum conservată. In momentul când radiaţia a fost emisă , masa haotică (Universul nostru) era încă destul de fierbinte, în jur de 3000 de grade. • Radioactivitatea de fond pe care o măsurăm astăzi a scazut - s-a răcit considerabil, acum corespunzând radiaţiei emise de un corp cu o temperatură de doar 2,7 grade deasupra punctului de zero absolut. Aceasta înseamnă că lungimea de undă a radiaţiei a crescut (fig. 2). Din această cauză radiaţia de fond se găseşte astăzi în domeniul microundelor (lumina vizibilă are lungimi de undă mult mai scurte). Figura 2. Lungimea de undă ale radiaţiei

  36. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII • Partea experimentala • Primele măsurători ale fondului de radiaţie au fost făcute din vârfurile unor munţi înalţi, cu rachete şi baloane. Atmosfera Pământului absoarbe mare parte din radiaţii, deci măsurătorile trebuiau făcute la mari înălţimi, dar chiar şi la aceste altitudini mari doar o parte infimă a fondului de radiaţie poate fi măsurată. O mare parte din lungimile de undă incluse în spectru sunt bine absorbite de către aer si este necesar ca măsurătorile să fie efectuate în afara atmosferei terestre. Din această cauză nici o metodă din interiorul atmosferei (incluzând cele ale lui Penzias şi ale lui Wilson) nu a reuşit să arate calitatea radiaţiilor „corpului-negru”. Acest fapt făcea dificil de cunoscut dacă fondul radiaţiei de microunde era cu adevărat de tipul prezis de scenariul Big-Bang. În plus, instrumentele legate de Pământ nu puteau investiga cu uşurinţă toate direcţiile din Univers, ceea ce făcea dificilă dovedirea faptului că radiaţia era identica în toate direcţiile. Măsuratorile din satelit rezolva ambele probleme - instrumentul putea fi ridicat deasupra atmosferei şi măsurătorile se puteau efectua uşor în toate direcţiile (fig. 3).

  37. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII • În 1974 NASA a iniţiat proiectului COBE (exploratorul fondului cosmic). John Mather a fost adevărata forţă din spatele acestei colaborări gigantice în care au fost implicaţi peste 1000 de angajati (ingineri, oameni de ştiinţă şi alţii). Partea experimentala Figura 3. Satelitul COBE permitea măsurarea fondului radiaţiei de microunde în toate direcţiile.

  38. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII John Mather a fost în conducerea unuia din instrumentele de la bord : a celui folosit pentru investigarea spectrului „corpului-negru”. George Smoot a fost în conducerea celuilalt instrument hotărâtor care trebuia să caute mici fluctuaţii ale fondului radiaţiei de microunde în diferite direcţii (fig. 4). Partea experimentala Figura 4. Satelitul COBEechipat cu instrumentele DIRBE, DMR şi FIRAS.

  39. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII • Partea experimentala • Ideea originală a NASA era lansarea în spaţiu a lui COBE cu una din rachetele sale spaţiale. John Mather şi colaboratorii săi au obţinut o rachetă a lor pentru COBE şi satelitul a fost în sfârşit lansat pe data de 18 noiembrie 1989.

  40. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII Rezultate si discutii • Primele rezultate au ajuns doar la 9 minute de observare: • COBE a înregistrat un spectru perfect de „corp-negru”. • Când curba a fost prezentată mai târziu într-o conferinţă în ianuarie 1990, a fost primită cu ovaţii. • Curba-COBE s-a dovedit a fi una din cele mai perfecte spectre ale unui „corp-negru” măsurat vreodată. (fig. 5) • Distribuţia lungimii de undă a fondului radiaţiei cosmice de microunde, măsurată de COBE,corespunde unui spectru perfect de corp-negru. • Forma unui asemenea spectru depinde doar de temperatura corpului care emite. • Lungimile de undă ale fondului radiaţiei de microunde e în domeniul milimetrilor şi acest spectru particular corespunde unei temperaturi de 2,7 grade deasupra punctului de zero absolut. Figura 5. Curba-COBE

  41. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII Rezultate si discutii • Experimentul de care George Smoot a fost responsabil, a fost iniţiat pentru căutarea unor mici fluctuaţii ale temperaturii fondului în diferite direcţii. Aceste variaţii puteau oferi noi indicii despre cum au apărut galaxiile şi stelele; de ce materia în acest fel a fost concentrată în locuri specifice din Univers ca o substanţă vâscoasă, uniform răspândită. Variaţii mici de temperatură puteau să arate unde a început materia să se strângă. Odată ce acest proces a început, gravitaţia a explicat restul: materia atrage materia, fapt ce duce la formarea stelelor şi galaxiilor. Fără un mecanism de pornire, nici Calea Lactee, nici Soarele sau Pământul nu ar exista. • Teoria care încearcă să explice cum este iniţiată agregarea materiei are de-a face cu fluctuaţii cuantice în Univers în timpul primelor momente de expansiune. Acelaşi tip de fluctuaţie cuantică rezultă în constanta creare şi anihilare a particulelor de materie şi antimaterie în ceea ce noi normal credem că este un spaţiu gol. Acesta este unul din acele aspecte ale fizicii care nu poate fi înţeles imediat fără matematică. Deci să presupunem că variaţiile de temperatură măsurate în Universul de astăzi sunt rezultatul unor asemenea fluctuaţii cuantice şi că, potrivit teoriei Big-Bang, datorită acestora stelele, planetele şi în final viaţa s-a putut dezvolta. Fără ele, materia din care suntem constituiţi s-ar afla într-o formă total diferită, distribuită uniform în întregul Univers.

  42. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII Rezultate si discutii • La inceputul experimentelor COBE, s-a presupus că fluctuaţiile de temperatură ale fondului radiaţiei de microunde necesare explicării apariţiei galaxiilor trebuia să fie în jur de 1/1000 dintr-un centigrad. Această variaţie este într-adevăr mică. S-au mai efectuat experimente care au arătat că influenţa materiei negre (o mare parte din materia din Univers pe care noi nu o putem vedea) însemna o variaţie de temperatură mai degrabă în domeniul a 1/100000 a unui grad. • Materia neagră în este de fapt un agent important în agregarea materiei, ceea ce înseamnă că variaţiile de temperatură necesare iniţierii acestui proces sunt chiar mai mici decât se credea anterior. • Găsirea acestor fluctuaţii extrem de mici în temperatură a fost o mare realizare. În 29 aprilie 1992 fizicianul englez Stephen Hawking a declarat într-un interviu la „The Times” că rezultatele COBE erau „cea mai mare descoperire a secolului, dacă nu a tuturor timpurilor”.

  43. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII Figura 6. Schema procesului tehnologic DMR.Pâlniile cu unghiuri mai mici (fig. 6) - care oferă o rezoluţie mai bună - au fost folosite în măsurători mai târzii ca cele conduse de WMAP( Wilkinson Microwave Anitrosopy Probe) numit după David Wilkinson, care a decedat în 2002 şi care pentru o perioadă lungă de timp a fost o importantă forţă în domeniul măsurării fondului de radiaţii şi o sursă de inspiraţie pentru echipa COBE.

  44. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII • Figura 7. • O hartă a variaţiilor de temperatură, măsurată de COBE. Roşu corespunde la o temperatură ridicată, iar albastru la una scăzută. Variaţiile sunt minuscule, în domeniul a 1/100000 dintr-un grad • Temperatura radiaţiilor în această secţiune a fost comparată apoi cu temperatura celeilalte pâlnii dintr-o pereche şi, cu temperatura medie pentru tot cerul. În acest fel a putut fi creată o hartă a variaţiilor de temperatură din spaţiu (fig. 7) .

  45. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII • Concluzii • Comparând variaţiile de temperatură măsurate sub diferite unghiuri este posibilă calcularea relaţiei dintre densitatea materiei vizibile, materiei negre, şi (în combinaţie cu alte măsurători) energia neagră a Universului. Cuvântul „negru” în acest context înseamnă că nu putem vedea şi măsura acest tip de energie. De aceea măsurătorile variaţei temperaturii au devenit foarte importante – ele oferă oportunitatea de a determina indirect densitatea acestui tip de materie şi energie. Din cauza acestui fapt, proiectul COBE poate fi privit de asemenea ca punct de plecare pentru cosmologie, ca ştiinţă precisă: pentru prima dată calculele cosmologice (ca cele privind relaţia dintre materia neagră şi cea normală, materie vizibilă) puteau fi comparate cu date din măsurători reale. Aceasta face cosmologia modernă o adevărată ştiinţă (mai degrabă decât un fel de speculaţie filozofică, spre deosebire de cosmologia anterioară). • În acest fel măsurătorile lui COBE şi WMAP au obtinut baza de calcule a formei fundamentale a Universului. Concluzia este că Universul este Euclidian; geometria noastră de fiecare zi - euclidiană - ne spune că două linii paralele nu se vor intersecta niciodată, regulă care se pare că se aplică şi la scară cosmologică.

  46. 2006 - John C. Mather, George F. SmootDESCOPERIREA FONDULUI RADIAŢIEI DE MICROUNDE- SI MICILE SALE VARIATII IN DIFERITE DIRECTII • Concluzii • Experimentul COBE a iniţiat de asemenea câteva noi arii de investigaţie atât din cosmologie cât şi din fizica particulelor elementare .Noile măsurători cosmologice ţintesc la o şi mai bună înţelegere asupra a ceea ce s-a întâmplat cu câteva clipe înainte ca fondul radiaţiei de microunde să fie emis. Studiul mai detaliat asupra fondului radiaţiei de microunde poate oferi în viitor noi răspunsuri. • În fizica particulelor elementare înţelegem din ce este alcătuită materia neagră. Acesta este una din sarcinile noului accelerator LHC (Large Hadron Collider), care în curând va fi dat în folosinţă la CERN, centrul European de cercetare nucleară.

  47. 2000 - Zhores I. Alferov, Herbert Kroemer, Jack S. KilbyContributii la teoria informatiei si comunicarii • Zhores I. Alferov Zhores I. Alferov, A.F. Ioffe Physico-Technical Institute, St. Petersburg, • Russia, and Herbert Kroemer University of California at Santa Barbara, California, USA, (fiecare cate 1/4 din premiu) • Pentru dezvoltarea heterostructurilor semiconductoare ce utilizeaza componente optoelectronice de viteza inalta de lucru • Jack S. Kilby Texas Instruments, Dallas, Texas, USA (1/2 de premiu) • Pentru inventarea circuitului integrat

  48. 2000 - Zhores I. Alferov, Herbert Kroemer, Jack S. KilbyContributii la teoria informatiei si comunicarii • Tehnologia informatiei si comunicarii • Tehnologia moderna a informatiei si comunicarii este una dintre cele mai importante tehnologii globale si are o importanta influenta asupra omenirii. Este forta motrice in schimbarile unei societati dintr-una industriala in una informationala bazata pe cunoastere. Aceasta importanta este ca si in cazul imprimarii si editarii unei carti .De altfel intinderea sa , mult mai rapida si impactul total pe care il are loc in zeci de ani mai degraba decat in sute de ani. • Numai in ultimii 10 ani calculatoarele personale au devenit comune , si se folosesc in toate domeniile de aactivitate : acasa, la servici , la scoala in magazine ( super-marketuri) si , firme , fabrici si spitale • Un exemplu izbitor pentru imbunatatirea sistemului informational si de comunicare este utilizarea internetului prin intermediul sistemului www (World Wide Web). Telefoanele mobile si fibrele optice cu viteza ridicata de transmitere a informatiei s-au raspandit rapid in ultimii ani in mod spectaculos

  49. 2000 - Zhores I. Alferov, Herbert Kroemer, Jack S. KilbyContributii la teoria informatiei si comunicarii • Revolutia electronica s-a raspandit tot mai mult in lume , ajungandu-se astfel la o nou economie: economie electronica de tip: e-economy cu e-business, licitatii electronice ( e-auctions), e-mail, e-news, carti si cursuri electronice(e-books),reviste electronice, e-etc. • S-a ajuns la un sistem bazat pe hardware, software , comunicare si un sistem care le integreaza pe toate.Marile companii din lume isi masoara valoarea de piata si se specializeaza exact in aceste domenii. • S-au facut mari investitii in societate si economie si de la an la an pare sa fie foarte dificil sa se identifice cele mai importante descoperiri si inventii si cei mai grozavi inventatori si oameni de stiinta. • In general s-a ajuns la un numitor comun : forta motrice a evolutiei ultimilor ani a fost dezvoltarea domeniului microelectronicelor. Aceasta dezvoltare a dus si la evolutia spectaculoasa a unor domenii care sunt in stransa legatura cu fizica cum ar fi domeniul puritatii materialelor semiconductoare, noi tipuri de tranzistori cu performante exceptionale la lucrul in inalta frecventa si nivel jos de zgomot, componente integrate intr-un singur Chip, laseri cu semiconductori, o baza de date informationala in domeniul media cu nivel extrem de ridicat de impachetare . – aceasta pentru a mentiona multe domenii in care sa fie implicata microelectronica.

  50. 2000 - Zhores I. Alferov, Herbert Kroemer, Jack S. KilbyContributii la teoria informatiei si comunicarii • Rolul fizicii • Performanta care se cere componentelor electronice este tot mai crescuta , cerintele pentru materialele semiconductoare sunt din ce in ce mai ridicate . Puritatea lor trebuie sa fie un ordin de tip ppb ( adica part per bilion : 10-9). Defectele trebuiesc sa aiba o valoare foarte scazuta. Straturile individuale trebuie sa se potriveasca foarte bine in compozitele cu mai multe straturi sau sa se potriveasca bine in structurile cristaline pentru a duce la scaderea deformatiilor . Tranzitia intre straturi trebuie sa fie abrupta la scara atomica. Atomii din conductor trebuie sa se opuna fluxului de electroni foarte rapid iar filmele izolatoare foarte subtiri trebuie sa fie fara goluri pentru a fi capabile sa reziste la campuri electrice foarte ridicate. • Descoperirea efectului de transzistor la sfarsitul anului 1947 de J. Bardeen, W.H. Brattain, si W.B. Shockley (Nobel Prize 1956) se considera inceputul erei semiconductoarelor. Au fost necesar de cativa ani buni pentru a dezvolta tranzistorul si a-l transforma intr-o componenta utila. La inceputuri tranzistorul a fost folosit pentru a inlocui tuburile cu vid care s-au transformat in componente foarte sofisticate de-a lungul celei de-a doua jumatate a secolului XX.Tranzistorul a fost mult mai mic , mult mai functional si disipa mai putina energie decat un tub.Complexitatea sistemului electronic a crescut de la cateva mii la cateva zeci de mii de componente care se vindeau impreuna pe o placa de bord.