Värmer upp magnetiskt minne

Efterfrågan på datalagring fortsätter att öka, även medan konsumenterna förväntar sig att kostnaden per bit fortsätter att sjunka. Men det magnetiska inspelningsmaterial som används i dagens hårddiskar når sina lagringsgränser och kommer förmodligen att maxa ut inom fem år. För att konkurrera med nyare teknologier som flash behöver företagen som gör dem något nytt.

Laserklubba : Den klubba-formade enheten som visas i skanningselektronmikrografen överst är en optisk antenn gjord av guld. Med en diameter på 50 nanometer på sin bredaste del är den en del av en prototyp för magnetisk lagringssystem som utvecklas av Seagate. När den läggs till det magnetiska dataskrivhuvudet på en hårddisk, som visas nedan, kopplar det laserljus till små fläckar på magnetiska lagringsmedia.

Nu forskare vid Seagate har visat genomförbarheten av en ny teknik som kan utöka kapaciteten för magnetisk datainspelning i många år till. Kallas värmeassisterad magnetisk inspelning, det handlar om att spränga de magnetiska områdena på en skiva med värme för att göra det möjligt att använda mer stabila inspelningsmedia. Det borde göra det möjligt att registrera data med densiteter 50 gånger större än vad som är möjligt när dagens teknologier når sina gränser.

Inom några år kommer den magnetiska inspelningsindustrin att behöva hitta en ny väg framåt, eftersom de material som för närvarande används närmar sig sina fysiska gränser, säger Randall Victor , professor i elektro- och datorteknik vid University of Minnesota.

Hårddisken inuti de flesta datorer består av en eller flera snurrande skivor belagda med en magnetiskt känslig film som består av små, taggiga korn. Data registreras när ett litet huvud rör sig över skivan och vänder magnetiseringen av ett av dessa korn så att det antingen pekar uppåt eller nedåt, för en 1 eller en 0.

När vi gör lagringstätheten större måste vi göra kornen mindre, säger Ed Schlesinger , chef för avdelningen för el- och datorteknik vid Carnegie Mellon University i Pittsburgh. Men du når en punkt där kornen blir så små att de blir instabila och deras magnetiska tillstånd kan förändras av små temperaturfluktuationer.

Problemet kan inte övervinnas helt enkelt genom att byta till mer stabila inspelningsmedia eftersom dagens inspelningshuvuden inte kan skriva till dem. Så Seagate har utvecklat magnetiska inspelningshuvuden som integrerar ett värmeelement. Att spränga mer magnetiskt stabila korn med en kort värmepuls gör det mycket lättare att vända dem. När mediet svalnar igen fryses data.

Värmeassisterad magnetisk inspelning utgör fortfarande en enorm vetenskaplig och ingenjörsmässig utmaning. Värmen tillhandahålls av en snabb lasersprängning som måste fokuseras ner till en punkt som är lika stor som ett enskilt korn – mindre än 100 nanometer i diameter. Detta är omöjligt att göra med konventionell optik. Istället kräver det en ny generation optik som fungerar i det som kallas närområdet. Seagate-tekniken använder optiska antenner, som kan fokusera ljusenergi på områden som är mindre än något linsbaserat instrument kan.

Forskare vid Seagate har nu visat att värmeassisterad magnetisk inspelning kan göras tillförlitligt. De använde ett magnetiskt skrivhuvud utrustat med närfältsoptik för att skriva data till en hårddisk täckt med stabila inspelningsmedia. Idag i journalen Naturfotonik , beskriver forskarna sitt system och rapporterar inspelningsdata vid densiteter på 250 gigabit per kvadrattum.

Denna densitet matchar bara den för hårddiskarna som finns i dagens bärbara datorer. Men det är inte meningen, säger forskare. Det här är en tour de force inom vetenskapen och ingenjörskonsten av denna teknik, säger Schlesinger.

Seagate-prototypen är nästan helt gjord av komponenter som finns i dagens hårddiskar, säger Ed Gage, verkställande direktör för forskning om inspelningssystem på företaget. Prototypen använder ett annat inspelningsmedium än dagens hårddiskar, men den kan läggas ned med samma processer som redan används i branschen. Likaså är skrivhuvudet detsamma som de som redan tillverkas av företaget, förutom tillägget av optiken.

Företaget planerar nu att höja inspelningstätheten. Det experimentella systemet behöver ytterligare ingenjörsarbete, säger William Challener, en annan forskare på Seagate-projektet. Storleken på ljuset som uppnåddes i prototypen var cirka 70 nanometer; andra forskare har visat 20 nanometer i labbet, och företaget hoppas kunna matcha detta. Det återstår också en del arbete med att integrera ett elektroniskt styrsystem för lasern i en hårddisk.

Samtidigt arbetar andra på en andra teknik för att öka magnetisk lagring. Detta tillvägagångssätt, som kallas bitmönster, innebär att densiteten och stabiliteten hos magnetiska bitar ökar genom att skapa mönstrade arrayer av mycket regelbundet formade magnetiska korn i nanoskala.

Dessa tillvägagångssätt har mycket olika styrkor och svagheter, säger Barry Schechtman , verkställande direktör emeritus för Information Storage Industry Consortium . Men det finns en stark konsensus om att fem till tio år senare kommer bara ett inte att räcka. Vi behöver en kombination av bitmönster och värmeassisterad magnetisk inspelning.

Dölj