2007年諾貝爾物理獎授予法國的費爾（Albert Fert）和德國的格林貝格爾（ Peter Grunberg），表彰他們發現巨磁阻現象。這個在1988年和1989年發表的發現，是科學和技術結合的完美範例：巨磁阻在發現後不到十年，就應用到商業產品中，帶來硬盤性能的革命。巨磁阻的發現本身，也依賴於納米技術的進展。而且巨磁阻技術在商業上的成功吸引了更多科研和開發，開創了自旋電子學（spintronics）這一具有巨大科學意義和應用前景的新領域。

磁阻現象是指材料的電阻在磁場存在時會變化。磁阻現象早在1850年代就被發現了。而巨磁阻現象是基於完全不同的原理，而且電阻變化程度大得多。它只在人工製造的納米材料中才能顯示。磁阻現象是感應磁場的工具之一，在1991就被用來製作硬盤的讀取磁頭。1997年開始，巨磁阻現象也被用在讀取磁頭中，使得硬盤的儲存密度大大提高。

演示巨磁阻現象的基本器件是兩層或多層鐵磁體，由非磁性材料分開。每一層的厚度都在納米數量級。巨磁阻是基於兩個基本的物理過程。

首先，在被極化的鐵磁材料中，不同自旋方向的電子（相對於材料本身極化方向）表現的電阻是不同的。這主要是因為電子能態密度的分布與自旋有關。當這些電子穿過一個非磁材料薄層而進入另一層鐵磁材料時，它們能保持自己的自旋方向。這樣，如果這兩層鐵磁材料極化方向相同，那麼有一種自旋的電子在兩層都經歷低電阻，就會顯示總體低電阻（中間的非磁材料因為很薄，對電阻影響很小）。而如果兩層鐵磁材料極化方向相反，那麼每種自旋的電子都會經歷高電阻，總體電阻也就高。這個現象費爾在1970年代就發現了。但是如何控制兩層材料的相對極化方向？當時沒有好的方法。

第二個物理過程是格林貝格爾在1986年報道的。被非磁材料分割的兩層磁性材料之間存在着耦合。這種耦合是由滲入非磁材料的“自旋波”造成的。由於是“波”， 就有某種周期性。也就是說，當間隔的厚度變化時，這兩層磁性材料的極化可以在相同和相反之間變化。如果選擇合適的厚度使得兩者極化相反，就得到高電阻。但是有外磁場時，磁場會強迫兩者取同樣的極化，而電阻就變低。這就形成了巨磁阻現象。在格林貝格爾報道這個發現後，在1988和1989年，費爾和格林貝格爾分別製作出了能演示巨磁阻現象的夾層材料。

以上的敘述聽起來簡單，但其中涉及很多前沿的物理問題。特別是磁性和多體作用的結合，目前還沒有完整的理論，必須藉助實驗和理論相輔才能了解。而且，巨磁阻現象的演示也依賴於納米技術。不僅需要（在分子水平上）精確控制每層材料的厚度，而且材料間的界面必須光滑以減少電子散射。這些要求需要由八十年代才廣泛使用的分子束外延（MBE）與光學監控自旋波的技術結合起來才能滿足。所以，巨磁阻的發現是科學和技術的結晶。

基於半導體的電子學在過去半個世紀給人類社會帶來了翻天覆地的變化。隨着我們對自旋的了解深入，“自旋電子學”應運而生。利用電子自旋的變化來處理信息，開闢了電子學的新天地。自旋的響應速度快，能耗低，可以保持和加速目前電子器件小型化，高速化的勢頭，也可以製造全新功能的器件。

但是目前，自旋電子學還在起步階段。它所需的基礎技術：自旋極化的電子群（簡稱自旋電子）的產生，控制和探測，都還在研究階段。雖然已經取得很大進展，但離實際應用還很遠。但是，目前除了巨磁阻磁頭外，也已經有了一些很有應用希望的技術。

比較成熟的一個是磁內存（MRAM）。它的基本結構是兩層鐵磁體，中間隔一層非磁體。一層鐵磁體的極化方向是固定的。而另一層則隨儲存的數位（0或1）而變化（與固定層相同或相反）。這種器件的讀取是利用以上介紹的巨磁阻效應，即垂直通過這些界面的電阻在同向極化時小而反向極化時大。而最新的存寫技術，則是利用“自旋矩轉移”（spin torque transfer）的原理。當自旋電子進入鐵磁材料時，它與當地的磁矩作用而改變鐵磁材料的極化方向。這種磁內存已經商業化。它和目前廣泛使用的閃存（flash memory）一樣，在斷電後仍能保存數據。但它的速度，功耗和壽命均遠遠優於閃存。有人預期，它還有望取代目前的動態內存（DRAM），而大大減少設備的功耗。

以上提到的自旋距轉移會造成“負電阻”的非線性現象，即隨着電流加大，兩端的電壓反而降低。這個特性可以用作微波震盪器。這種納米尺度的震盪器可以由外磁場或偏置電流來控制頻率，也有很大的應用前景。

另一個誘人的潛在應用是量子計算機。量子計算機的基本組成部分是“量子位”（qbit）。每個量子位以其量子態來代表一個單元的信息。它們相互作用來完成計算。自旋態因為其相對穩定性，是量子位的很好候選者。當然量子計算機本身還在非常初級的階段，自旋量子位也還只是一個研究課題。

巨磁阻的發現迄今不到二十年，而自旋電子學已經得到了廣泛的重視。展望未來，自旋電子學有可能與半導體，激光一樣成為物理學給予人類文明的又一大貢獻。