(PhysOrg.com) -- Europese onderzoekers hebben een nieuw magnetisch opnamemedium ontwikkeld dat bestaat uit minuscule nanobolletjes. De technologie kan ertoe leiden dat harde schijven meer dan duizend miljard bits aan informatie op een vierkante inch kunnen opslaan.

Nu consumenten-pc's worden verkocht met harde schijven van een terabyte of meer - genoeg om meer dan twee jaar muziek op te nemen - lijkt de opslagcapaciteit onbeperkt uit te breiden. Maar de limieten zijn er en insiders uit de industrie weten dat ze snel dichterbij komen.

Hedendaagse harde schijven leggen informatie vast op een ferromagnetische laag. De laag bestaat uit korrels met een diameter van ongeveer 7 nanometer en elk 'bitje' informatie bevindt zich in een gemagnetiseerde cel die misschien 60 tot 80 korrels beslaat. Als het magnetische veld de ene kant op wijst, wordt een '1' opgeslagen en wanneer het de andere kant op wijst, wordt een '0' opgeslagen.

Een manier om informatie op een schijf te zetten, is door de cellen kleiner te maken. Maar met minder korrels per cel, de signaal-ruisverhouding stijgt en daarmee de kans dat een bit verkeerd wordt gelezen.

Het voor de hand liggende antwoord is om een ​​opnamemedium te gebruiken met kleinere korrels, maar dan ontstaan ​​er thermische stabiliteitsproblemen. "Overuren, als de thermische stabiliteit niet groot genoeg is, de magnetische oriëntatie zal in de tegenovergestelde richting draaien, zodat het zijn informatie verliest, ”, zegt Manfred Albrecht van de Technische Universiteit Chemnitz.

Nanosferen

Hij geeft de voorkeur aan een geheel nieuwe benadering met behulp van technieken uit de nanotechnologie om een ​​'gepatroneerd' opnameoppervlak te construeren dat niet bestaat uit onregelmatige korrels, maar uit speciaal gemaakte magnetische cellen. "Het probleem is nu hoe je deze nanostructuren op grote schaal tegen lage kosten kunt produceren?"

Albrecht coördineerde het door de EU gefinancierde MAFIN-project dat tot doel had regelmatige reeksen cellen te bouwen uit kleine gemagnetiseerde nanobolletjes. De bollen zijn gemaakt van silica en zijn in de handel verkrijgbaar in verschillende maten. Na het testen van veel verschillende maten besloot het MAFIN-team op bollen met een diameter van 25 nanometer, groter dan conventionele granen maar kleiner dan normale bewaarcellen.

De aantrekkingskracht van het gebruik van nanobolletjes is dat ze zichzelf zullen assembleren tot een regelmatige reeks. De nanobolletjes worden gemengd met een oplossing op alcoholbasis die op het substraat wordt gedruppeld. Terwijl de alcohol verdampt, blijven de bollen in een regelmatig patroon achter.

“Vervolgens legden we een magnetische film op de deeltjes om een ​​magnetische ‘dop’ te vormen, ’, legt Albrecht uit. “En als je het goed doet, werkt deze magnetische dop als een enkele magneet, met een noord- en een zuidpool, en de array kan worden gebruikt als opslagapparaat.”

Of de dop gemagnetiseerd is met een noord- of zuidpool naar boven, bepaalt of hij een '1' of een '0' opslaat.

IJzer-platina legering

De magnetische film is een ijzer-platinalegering die al belangstelling heeft gewekt binnen de magnetische opslagindustrie. Het wordt op de nanobolletjes gecoat door middel van magnetron-sputterafzetting. Omdat silica zelf niet-magnetisch is, elke dop is geïsoleerd van zijn buren en kan zijn magnetisatie goed vasthouden.

De zelfassemblage van de nanosferen wordt geleid door het vooraf in patroon brengen van het silicaatsubstraat door röntgenlithografie om kleine putjes te creëren waar de bollen in kunnen bezinken.

“Ik geloof dat op zelfassemblage gebaseerde benaderingen het grootste potentieel hebben omdat ze niet duur zijn, ', zegt Albrecht. "Ze zijn erg goedkoop."

Een afstand van 25 nanometer tussen bollen komt overeen met een opslagdichtheid van één terabit (1000 gigabit) per vierkante inch. Met dezelfde benadering met kleinere bollen zouden onderzoekers dichtheden tot zes keer hoger moeten kunnen bereiken.

Naast het kijken naar het opnamemedium, MAFIN-onderzoekers hebben ook opnametechnieken onderzocht. IJzer-platina is moeilijker te magnetiseren dan conventionele media, er zijn dus aanpassingen nodig om informatie gemakkelijk te kunnen registreren en lezen.

Kansen voor de industrie

Het team onderzocht het gebruik van een sonde met een fijne magnetische punt om elk van de nanosferen te magnetiseren en te lezen in plaats van een conventionele opnamekop.

MAFIN eindigde in mei 2009, maar zijn werk is overgedragen aan een volgend EU-project, TERAMAGSTOR. Terwijl MAFIN bezig was met een proof of concept, het nieuwe project heeft tot doel een harde schijf te demonstreren met een opslagdichtheid van meer dan één terabit per vierkante inch.

Albrecht ziet kansen voor de Europese industrie om de productieprocessen te ontwikkelen die nieuwe, nanogestructureerde opslagmedia vereist. “In Europa hebben we geen echte industrie die harde schijven produceert, " hij zegt. “Het is allemaal in Azië en de VS. Maar we hebben fabrikanten van depositietools en expertise in sputtertechnologie.”

De glassubstraten van conventionele harde schijven zullen niet geschikt zijn voor de hoge temperatuurprocessen die nodig zijn om legeringen af ​​te zetten, dus Europese bedrijven met knowhow op het gebied van keramische materialen kunnen ook een rol spelen.