De warmtestroom in atomair dunne materialen is sterk richtinggevend en nu blijkt uit onderzoek van A*STAR dat deze eigenschap kan worden gebruikt om de prestaties van harde schijven van computers te verbeteren.

Harde schijven slaan gegevens op door magnetische velden te gebruiken om de eigenschappen van een klein deel van een magnetisch gevoelig materiaal te veranderen. Door de grootte van deze sectie te verkleinen, neemt de capaciteit van de schijf toe, maar neemt ook de grootte van het magnetische veld toe dat nodig is voor het schakelen. Verder, de minimale grootte van het magnetische veld wordt beperkt door een effect dat bekend staat als superparamagnetisme, waarin de magnetische eigenschappen op nanometerschaal spontaan kunnen veranderen, het verliezen van alle opgeslagen informatie.

Een benadering om deze problemen te omzeilen is door warmte ondersteunde magnetische opname (HAMR). Deze methode maakt gebruik van een laserstraal om het opslagmedium te verwarmen tot een temperatuur waarbij de magnetische veldsterkte die nodig is voor het schrijven lager is en superparamagnetisme minder voorkomt.

Een nadeel van HAMR is dat de verhitting ook de beschermende deklaag die de magnetische film omgeeft kan beschadigen. Deze coating moet zo dun mogelijk zijn, zodat de magnetische schrijfkop dicht bij de film kan komen. maar dunnere lagen zijn gevoeliger voor temperatuurveranderingen.

Als mogelijke oplossing is Shengkai Yu en zijn collega's Peng Yu en Weidong Zhou van het A*STAR Data Storage Institute hebben theoretisch de thermische prestaties van grafeen onderzocht; 's werelds dunste materiaal.

De onderzoekers bestudeerden de warmtestroom die wordt veroorzaakt door rood laserlicht op verschillende diepten in een meerlagig HAMR-apparaat gemaakt van grafeen - 0,335 nanometer dik - op 12 nanometer ijzerplatina, een magnetisch materiaal dat zich van nature tot korrels op nanoschaal vormt. Onder deze materialen hun model omvatte lagen titaniumnitride, chroom, ruthenium en tantaal allemaal op een glassubstraat.

"Onze simulatiestudies tonen aan dat de grafeencoating de temperatuurstijging in de meerlaagse structuur verlaagt, in vergelijking met diamantachtige koolstof, wat een meer algemeen gebruikt overjasmateriaal is. Dit is niet goed voor HAMR-toepassingen, omdat er meer laservermogen nodig is om de media te verwarmen, " zegt Yu. "Echter, de weerstand tussen de grafeenlaag en de laag eronder kan de temperatuur tussen de lagen verhogen, maar de thermische geleidbaarheid van het grafeen kan de lokale temperatuurstijging in de deklaag verminderen en zo oververhitting voorkomen."

De volgende stap voor het team is het bestuderen van de voordelen van grafeen voor andere magnetische geheugenmaterialen.