Nanosfærer strækker grænserne for harddisklagring

(PhysOrg.com) -- Et nyt magnetisk optagemedie bestående af bittesmå nanosfærer er blevet udtænkt af europæiske forskere. Teknologien kan føre til harddiske i stand til at gemme mere end tusind milliarder bits information i en kvadrattomme.

Med forbruger-pc'er, der nu sælges med harddiske på en terabyte eller mere - nok til at optage mere end to års musik - ser lagerkapaciteten ud til at blive udvidet uden grænser. Men grænserne er der, og industriinsidere ved, at de nærmer sig hurtigt.

Nutidens harddiske optager information på et ferromagnetisk lag. Laget består af korn med en diameter på omkring 7 nanometer, og hver 'bit' information er indeholdt i en magnetiseret celle, der dækker måske 60 til 80 korn. Når magnetfeltet peger en vej, gemmes et '1', og når det peger den modsatte vej, gemmes et '0'.

En måde at pakke information på en disk ville være at gøre cellerne mindre. Men med færre korn pr. celle, signal til støj forholdet stiger og dermed sandsynligheden for, at en bit bliver fejllæst.

Det åbenlyse svar er at bruge et optagemedie med mindre korn, men så opstår der termiske stabilitetsproblemer. "Over tid, hvis den termiske stabilitet ikke er stor nok, den magnetiske orientering vil vende til den modsatte retning, så den mister sin information, ” siger Manfred Albrecht fra Chemnitz University of Technology.

Nanosfærer

Han går ind for en helt ny tilgang, der bruger teknikker fra nanoteknologi til at konstruere en 'mønstret' optageoverflade, der ikke består af uregelmæssige korn, men af ​​specialfremstillede magnetiske celler. "Problemet er nu, hvordan kan du producere disse nanostrukturer i stor skala til lave omkostninger?"

Albrecht koordinerede det EU-finansierede MAFIN-projekt, som søgte at bygge regelmæssige arrays af celler fra små magnetiserede nanosfærer. Kuglerne er lavet af silica og er kommercielt tilgængelige i en række størrelser. Efter at have testet mange forskellige størrelser slog MAFIN-teamet sig på kugler på 25 nanometer i diameter, større end konventionelle korn, men mindre end normale lagerceller.

Attraktionen ved at bruge nanosfærer er, at de vil samle sig selv i et regulært array. Nanosfærerne blandes med en alkoholbaseret opløsning, der dryppes på underlaget. Når alkoholen fordamper, efterlades kuglerne i et regelmæssigt mønster.

"Vi afsatte derefter en magnetisk film oven på partiklerne for at danne en magnetisk 'hætte', ” forklarer Albrecht. "Og hvis du gør det rigtigt, fungerer denne magnetiske hætte som en enkelt magnet, med en nord- og en sydpol, og arrayet kan bruges som en lagerenhed."

Om hætten er magnetiseret med en nord- eller sydpol opad afgør, om den gemmer et '1' eller et '0'.

Jern-platin legering

Den magnetiske film er en jern-platin-legering, der allerede har tiltrukket sig interesse i den magnetiske lagringsindustri. Det er belagt på nanosfærerne ved magnetron-sputter aflejring. Da silica i sig selv er ikke-magnetisk, hver hætte er isoleret fra sine naboer og kan holde sin magnetisering godt.

Selvsamling af nanosfærerne er styret af præ-mønster af silikatsubstratet ved hjælp af røntgenlitografi for at skabe små huller, som kuglerne kan sætte sig ned i.

"Jeg tror på, at selvsamlingsbaserede tilgange har det største potentiale, fordi de ikke er dyre, siger Albrecht. "De er meget lave omkostninger."

En afstand på 25 nanometer mellem kuglerne svarer til en lagertæthed på en terabit (1000 gigabit) pr. kvadrattomme. Ved at bruge den samme tilgang med mindre sfærer burde forskere være i stand til at opnå tætheder op til seks gange højere.

Ud over at se på optagemediet, MAFIN-forskere har også undersøgt optageteknikker. Jern-platin er sværere at magnetisere end konventionelle medier, så ændringer vil være nødvendige for at gøre det nemt at registrere og læse information.

Muligheder for industrien

Holdet undersøgte ved hjælp af en sonde med en fin magnetisk spids til at magnetisere og aflæse hver af nanosfærerne i stedet for et konventionelt optagehoved.

MAFIN afsluttede i maj 2009, men dets arbejde er blevet overført til et efterfølger EU-projekt, TERAMAGSTOR. Mens MAFIN var optaget af et proof of concept, det nye projekt har til formål at demonstrere en harddisk med en lagertæthed, der overstiger en terabit pr. kvadrattomme.

Albrecht ser muligheder for europæisk industri til at udvikle de fremstillingsprocesser, som nye, nanostrukturerede lagringsmedier vil kræve. "I Europa har vi ikke en rigtig industri, der producerer harddiske, " han siger. "Det hele er i Asien og USA. Men vi har producenter af deponeringsværktøjer og ekspertise inden for sputterteknologi."

Glassubstraterne på konventionelle harddiske vil ikke være egnede til de højtemperaturprocesser, der er nødvendige for at afsætte legeringer, så europæiske virksomheder med knowhow inden for keramiske materialer kan også have en rolle at spille.