211service.com
Ett nytt sätt att läsa hårddiskar
Datatätheten på hårddiskar har ungefär fördubblats varje år de senaste 30 åren, och för att hänga med har forskare gjort allt mindre sensorer för att läsa av de små bitarna som finns lagrade på en disk. Dagens hårddiskar innehåller en häpnadsväckande mängd data – mer än 200 gigabit i en kvadrattum. Men när industrin växlar upp för densiteter på upp till en terabit per kvadrattum når sensorerna sina fysiska gränser.
Förpackningsdata: Hårddiskar kommer snart att packa så mycket som en terabit data per kvadrattum – fem gånger vad diskar bär nu. Nuvarande läsenheter kommer inte att kunna läsa de små bitarna, så forskare vid Storbritanniens National Physical Laboratory har föreslagit en design för en ny typ av läshuvudsensor som kan fungera.
Forskare vid National Physical Laboratory , i Teddington, Storbritannien, föreslår nu en ny sensordesign för att läsa bitarna på en hårddisk. Designen, publicerad i Journal of Applied Physics , är baserad på en annan magnetisk effekt än nuvarande läshuvuden. Det kan leda till mycket tunnare och mindre läshuvuden som är lämpliga för datatätheter så höga som en terabit per kvadrattum, säger ledande forskare Marian Vopsaroiu.
Den nya sensorn skulle också använda något mindre ström än nuvarande läshuvuden – en särskilt användbar funktion för bärbara datorer och MP3-spelare. Och det kan förbättra läsarens hastighet. Du kunde läsa tillbaka data tio gånger snabbare, säger Vopsaroiu. Istället för en GHz kan du läsa på fem till tio GHz.
Bärbara datorer och datorer använder för närvarande magneto-resistenseffekten för att läsa hårddiskdata. Hårddiskar lagrar bitar magnetiskt; beroende på riktningen för en bits magnetfält kan den representera en bit 1 eller 0. När läshuvudet flyger över skivan orsakar bitarnas magnetfält en motsvarande resistansförändring i läshuvudets sensor. Resistansen kan inte mätas direkt, så den omvandlas först till en spänning med likström. (Spänningen är lika med strömmen multiplicerat med motståndet.) För att det hela ska fungera måste en ström löpa kontinuerligt genom sensorn.
Den nya sensorn kommer inte att behöva denna konstanta ström eftersom den använder den magnetoelektriska effekten. Material som visar denna effekt har kopplade elektriska och magnetiska fält: deras elektriska fält förändras som svar på ett externt magnetfält och vice versa. Så i den nya sensorn genererar en databits magnetfält direkt en spänning istället för ett motstånd. Varje gång du flyger ovanpå en inspelad bit skulle [det] inducera en pulsspänning som är positiv eller negativ beroende på orienteringen av en bit, säger Vopsaroiu.
Sensorn är en stapel av sju lager gjorda av material med olika magnetiska och elektriska egenskaper. Tillsammans interagerar de och visar den magnetoelektriska effekten.
Nuvarande läshuvudsensorer innehåller däremot 15 lager, så de måste vara tjockare. Det är nästan omöjligt att göra en 15-till-20-lagers stack i ett 10-till-15-nanometers utrymme, säger Vopsaroiu. Hans design, beräknar han, kan leda till sensorer som är tunnare än 10 nanometer, med en datatäthet på en terabit per kvadrattum.
Han varnar för att dessa siffror är teoretiska vid denna tidpunkt. Huruvida designen faktiskt kommer att fungera beror på materialen som används i sensorstacken. Materialen som har rätt magnetiska och elektriska egenskaper är komplexa legeringar, såsom blyzirkoniumtitanat, koboltjärnvanadin och platinamangan. Hittills har endast mikrometertjocka lager av dessa material visat sig ha de nödvändiga magnetiska och elektriska egenskaperna.
För att göra ett praktiskt läshuvud måste lagren i sensorstapeln vara två till tre nanometer tjocka. Det är inte klart om materialen kommer att behålla sina egenskaper vid dessa dimensioner. När du går till så små tjocklekar ... beteendet kan förändras enormt, säger MIT fysiker Jagadeesh Moodera , en av upptäckarna av tunnelmagneto-resistanseffekten som används i strömläshuvuden.
Dessutom kan det vara en utmaning att sätta ihop de komplexa legeringarna i en några nanometer tjock sensor. Materialen har alla olika egenskaper, och de överensstämmer inte nödvändigtvis med varandra, säger Moodera. Till exempel kan ett material vara känsligt för syre, medan ett annat kräver syre. Icke desto mindre är idén sund, säger han, och det är vettigt att driva den [experimentellt].
Vopsaroiu håller med om att hans design kommer att behöva möta många utmaningar. Men de läshuvudssensorer som används idag är lika komplicerade och tillverkare har utvecklat sätt att tillverka dem enkelt. Dessutom, säger han, för att nå milstolpen med en terabit-per-kvadrat-tums disktäthet måste industrin experimentera med nyare lästeknik.