211service.com
Een nieuwe manier om harde schijven te lezen
De gegevensdichtheid op harde schijven is de afgelopen 30 jaar elk jaar ongeveer verdubbeld en om bij te blijven, hebben onderzoekers steeds kleinere sensoren gemaakt om de kleine stukjes die op een schijf zijn opgeslagen te lezen. De harde schijven van vandaag bevatten een verbijsterende hoeveelheid gegevens - meer dan 200 gigabit in een vierkante inch. Maar terwijl de industrie zich opmaakt voor dichtheden tot één terabit per vierkante inch, bereiken de sensoren hun fysieke limieten.
Verpakkingsgegevens: Harde schijven bevatten binnenkort maar liefst één terabit aan gegevens per vierkante inch, vijf keer wat schijven nu dragen. De huidige leesapparaten zullen de kleine stukjes niet kunnen lezen, dus hebben onderzoekers van het National Physical Laboratory van het Verenigd Koninkrijk een ontwerp voorgesteld voor een nieuw type leeskopsensor dat zou kunnen werken.
Onderzoekers aan de Nationaal Fysisch Laboratorium , in Teddington, VK, stellen nu een nieuw sensorontwerp voor om de bits op een harde schijf te lezen. Het ontwerp, gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde , is gebaseerd op een ander magnetisch effect dan de huidige leeskoppen. Het zou kunnen leiden tot veel dunnere en kleinere leeskoppen die geschikt zijn voor datadichtheden tot wel één terabit per vierkante inch, zegt hoofdonderzoeker Marian Vopsaroiu.
De nieuwe sensor zou ook iets minder stroom verbruiken dan de huidige leeskoppen - een bijzonder handige functie voor laptops en mp3-spelers. En het zou de snelheid van de lezer kunnen verbeteren. Je zou gegevens tien keer sneller kunnen teruglezen, zegt Vopsaroiu. In plaats van één GHz lees je op vijf tot tien GHz.
Laptops en computers gebruiken momenteel het magnetoweerstandseffect om gegevens op de harde schijf te lezen. Harde schijven slaan bits magnetisch op; afhankelijk van de richting van het magnetische veld van een bit, kan het een bit 1 of 0 vertegenwoordigen. Als de leeskop over de schijf vliegt, veroorzaken de magnetische velden van de bits een overeenkomstige weerstandsverandering in de sensor van de leeskop. De weerstand kan niet direct worden gemeten, dus wordt deze eerst met behulp van gelijkstroom omgezet in een spanning. (De spanning is gelijk aan de stroom vermenigvuldigd met de weerstand.) Om het geheel te laten werken, moet er continu een stroom door de sensor lopen.
De nieuwe sensor heeft deze constante stroom niet nodig omdat hij gebruik maakt van het magneto-elektrische effect. Materialen die dit effect vertonen, hebben gekoppelde elektrische en magnetische velden: hun elektrische veld verandert als reactie op een extern magnetisch veld en vice versa. Dus in de nieuwe sensor zal het magnetische veld van een databit direct een spanning genereren in plaats van een weerstand. Elke keer dat je bovenop een opgenomen bit vliegt, zou [het] een pulsspanning induceren die positief of negatief is, afhankelijk van de oriëntatie van een bit, zegt Vopsaroiu.
De sensor is een stapel van zeven lagen gemaakt van materialen met verschillende magnetische en elektrische eigenschappen. Samen werken ze op elkaar in en geven ze het magneto-elektrische effect weer.
Huidige leeskopsensoren bevatten daarentegen 15 lagen, dus die moeten dikker zijn. Het is bijna onmogelijk om een stapel van 15 tot 20 lagen te maken in een ruimte van 10 tot 15 nanometer, zegt Vopsaroiu. Zijn ontwerp, zo berekent hij, zou kunnen leiden tot sensoren die dunner zijn dan 10 nanometer, met een datadichtheid van één terabit per vierkante inch.
Hij waarschuwt dat deze cijfers op dit moment theoretisch zijn. Of het ontwerp ook echt gaat werken, hangt af van de materialen die in de sensorstack worden gebruikt. De materialen met de juiste magnetische en elektrische eigenschappen zijn complexe legeringen, zoals lood-zirkoniumtitanaat, kobalt-ijzer-vanadium en platina-mangaan. Tot nu toe is aangetoond dat alleen micrometer dikke lagen van deze materialen de noodzakelijke magnetische en elektrische eigenschappen hebben.
Om een praktische leeskop te maken, zullen de lagen in de sensorstack twee tot drie nanometer dik moeten zijn. Het is niet duidelijk of de materialen hun eigenschappen behouden bij die afmetingen. Als je naar zulke kleine diktes gaat... kan het gedrag enorm veranderen, zegt MIT-natuurkundige Jagadeesh Moodera , een van de ontdekkers van het tunnelmagneetweerstandseffect dat wordt gebruikt in huidige leeskoppen.
Bovendien kan het een uitdaging zijn om de complexe legeringen in een sensor van enkele nanometer dik samen te brengen. De materialen hebben allemaal verschillende eigenschappen en zijn het niet per se met elkaar eens, zegt Moodera. Zo kan het ene materiaal gevoelig zijn voor zuurstof, terwijl het andere zuurstof nodig heeft. Desalniettemin is het idee goed, zegt hij, en het is logisch om het [experimenteel] na te streven.
Vopsaroiu beaamt dat zijn ontwerp veel uitdagingen zal moeten aangaan. Maar de leeskopsensoren die tegenwoordig worden gebruikt, zijn net zo ingewikkeld en fabrikanten hebben manieren ontwikkeld om ze gemakkelijk te produceren. Bovendien, zegt hij, zal de industrie moeten experimenteren met nieuwere leestechnologieën om de mijlpaal van een schijfdichtheid van één terabit per vierkante inch te bereiken.