Millennium-voittaja Parkin jatkaa bittien pakkaamista
Stuart Parkin saa vuoden 2014 Millennium-palkinnon kovalevyjen tallennuskapasiteetin tuhatkertaistaneesta lukupää-innovaatiostaan. Nyt työn alla on uusi muistikonsepti, joka satakertaistaisi puolijohdemuistien kapasiteetin.
"Hauska nähdä", huikkaa Kiasman jättimäisellä valkokankaalla villisti viittilöivä fyysikko Stuart Parkin entiselle kollegalleen videoyhteyden välityksellä.
Sali on pullollaan suomalaista insinöörikuntaa. Tuoreen Millennium-voittajan haastattelijaksi on pestattu spintroniikan eturivin asiantuntija, Aalto-yliopiston professori Sebastiaan van Dijken.
Elektronien sähkövaraukseen perustuva nykyelektroniikka kolkuttelee jo fysiikan rajoja. Kun bittien käsittelyssä otetaan avuksi otetaan elektronin toinen ominaisuus, niiden magneettinen momentti spin, voidaan elektroniikkaa kutistaa entisestään. Stuart Parkin on eittämättä uuden tutkimusalan, spintroniikan, kärkitutkija.
Stuart Parkinin kehittämä uudenlainen tietokoneen kovalevyn lukupää oli spintroniikan ensimmäinen kaupallinen menestyssovellus – ja insinöörityötä parhaimmillaan. Albert Fert ja Peter Grünberg havaitsivat vuonna 1988 lähellä absoluuttista nollapistettä esiintyvän suuri magnetoresistanssi (GMR) -ilmiön ohuissa metallirakenteissa. Molemmat tutkijat huomasivat tahoillaan, että spiniltään magneettisen johtimen magneettikentän kanssa yhdensuuntaiset elektronit siroavat eri tavalla kuin elektronit, joiden spin on vastakkainen. Miehet saivat löydöstään fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2007.
Parkin nosti IBM:n teknologiajohtajaksi
Mutta vasta Parkin keksi kiinnostavalle ilmiölle hyötykäyttöä. Vuonna 1991 IBM:n tutkijana työskennellyt Parkin onnistui kehittämään GMR-ilmiötä hyödyntävän magneettisen kerrosrakenteen, joka toimi myös huoneenlämmössä, ja josta voitiin edullisesti valmistaa entistä herkempiä kovalevyjen lukupäitä. Lukupään herkkyyden ansiosta bitit voitiin pakata levylle huomattavasti aiempaa tiiviimmin. Keksintö tuhatkertaisti kovalevyjen tallennuskapasiteetin muutamassa vuodessa.
IBM otti teknologian käyttöön kovalevyissään vuonna 1997. Innovaatio nosti yhtiön vuosiksi alan teknologiajohtajaksi. Vaikka yhtiö myikin vuonna 2002 kovalevybisneksensä Hitachille, jatkoi ahkerana patentoijana tunnettu teknologiajätti muistien kehittämistä. IBM:n tutkimusinnosta kertoo jotain se, että yritys on hallinnut Yhdysvaltain patenttitilastoa jo 21 vuotta peräkkäin.
Parkin on ollut yksi yhtiön huippututkijoista yli 30 vuoden ajan. Jo vuonna 1999 hän sai IBM Fellow -tittelin, joka on yhtiön korkein huomionosoitus teknologian kehittäjille. Nykyisin Parkinilla ei ole tekemisen puutetta. IBM Fellow on myös konsultoiva professori Stanfordin yliopistossa, vieraileva professori neljässä muussa yliopistossa, Max Planck -instituutin mikrofysiikan osaston johtaja, sekä Halle-Wittenbergin Martin Luther -yliopiston Alexander von Humboldt -professori.
Moni spintroniikan nykyinen huippututkija on vuosien varrella tehnyt töitä Parkinin tutkimusryhmässä IBM:n Almaden tutkimuskeskuksessa. Yksi heistä on professori van Dijken, joka työskenteli Kaliforniassa postdoc-tutkijana 2000-luvun alussa. Van Dijkenin Aalto-yliopiston Nanospin-tutkimusryhmä on keskittynyt spintroniikan polttavimpaan tutkimuskysymykseen, materiaalikehitykseen. Tutkimusryhmä kehittää uudenlaisia spintroniikan kerrosrakenteita, joissa magneettisia materiaaleja yhdistellään puolijohteisiin ja metalleihin.
Kun van Dijkenin perustutkimus etenee käytännön sovelluksiksi, voidaan bitti-informaatiota tallentaa elektronin spiniin magneettikentän lisäksi myös sähkökentän avulla. Tämä auttaisi pienentämään elektroniikan sähkönkulutusta.
Parkin itse kehittää uutta muistikonseptia nimeltä Racetrack. Parkinin ajatuksena on pakata bittejä entistä tiheämmin ottamalla käyttöön muistipiirien kolmas dimensio. Sullomalla bitit pystysuuntaisiin nanojohtimiin voidaan tallennuskapasiteettia kasvattaa huimasti. Digi-informaation tallennuskapasiteetti muistipiirillä kasvaisi samassa suhteessa kuin asukasmäärä alueella, jossa yksikerroksiset omakotitalot korvataan 100-kerroksisilla pilvenpiirtäjillä.
"Haluan rakentaa Racetrack-muistin, joka on yhtä nopea ja luotettava kuin puolijohdemuistit, mutta vastaa hinnaltaan ja kapasiteetiltaan edullisia kovalevyjä", Parkin visioi.
Stuart Parkin vastaanottaa Millennium-palkinnon palkintoseremoniassa Helsingissä keskiviikkona 7. toukokuuta 2014. Palkintosumma on miljoona euroa.
Millennium-teknologiapalkinnon voittaja julkistettiin Kiasmassa Helsingissä 9.4.2014. Stuart Parkinia tenttasi hänen entinen kollegansa Aalto-yliopiston professori Sebastiaan van Dijken. Kuva: Matti Rajala