Az adattárolás új megoldásai

A mágneses merevlemezek adattároló képessége 100 milliószorosára nőtt az első eszközök 50 évvel ezelőtti megjelenése óta. Ma 100 gigabit információt lehet már tárolni egyetlen négyzetinch (6,45 cm2 ) felületen, de az igények tovább nőnek. A mai technológiák továbbfejlesztésével 2010-re remélhetően elérhető lesz az 500 gigabit/in2 sűrűség, a terabit/in2 tartomány eléréséhez azonban új megoldásokra lesz szükség. A laboratóriumokban néhány ígéretes megoldást vizsgálnak, ezekről nemrég a Science közölt összefoglalót.

A mai merevlemezek alapja egy vékony filmrétegben felvitt, parányi szemcsékből álló mágneses ötvözet. A mozaikelemekként elhelyezkedő szemcsék mindegyike egy-egy független adattároló elem. Egyetlen bit beírására rendszerint egy 50-100 szemcséből álló tartomány szolgál. Nem okoz tehát gondot, ha valamilyen okból megváltozik egy-egy szemcse mágnesezettsége, hiszen a többiek továbbra is őrzik a helyes értéket. Ha viszont túl sok szemcse billen át, akkor elveszik az adat, vagyis a rendszer akkor biztonságos, ha sok szemcsére bízunk egy bitet. Ha a sűrűbb írás érdekében csökkenteni szeretnénk az 1 bit beírásához szükséges tartomány méretét, akkor a szemcseméretet is csökkenteni kell, hogy továbbra is sok szemcséből állhasson egy tartomány. Az 1990-es években ez sikerült, a szemcseméret csökkentésével a lemezek kapacitását évente megduplázták. Mostanában a szemcseméret csökkentése már csak sokkal kisebb ütemben sikerül. A szemcsék ugyanis már olyan kicsik, hogy közel kerültek ahhoz az úgynevezett szuperparamágneses határhoz, amikor a környezet hőhatása átbillenti a mágneses irányultságot.

A mágneses tartományok méretének csökkentése érdekében a vízszintes elrendezésről áttértek a függőlegesre. 2006-ban kerültek piacra az első olyan merevlemezek, amelyek már ezt a függőleges írásmódot használják. Az egymás alatt elhelyezkedő szemcsék felülről nézve kis területet foglalnak el. Új típusú író-olvasó fej kialakításán is dolgoznak. A fejbe egy parányi hőforrást építenek be, ez az éppen alatta lévő tartományt felmelegítve rövid időre könnyebbé teszi a mágneses orientáció megváltoztatását. Ez esetben pedig új, mágnesesen stabilabb anyagokat használhatnak, pl. egy vas-platina ötvözetet. A mágnesesen stabilabb anyagot kevésbé zavarják a környezeti hatások, viszont időlegesen felmelegítve a fej könnyen átírhatja őket. A függőleges adatrögzítés és a parányi melegítők kombinálásával az évtized végére elérhetőnek tartják az 500 gigabit/in² írássűrűséget.

A sok szemcséből álló, szabálytalan alakú mágneses tartományok helyét később szabályos mintázatba szigorúan elrendezett mágneses szigetek vehetik át. Minden sziget egyetlen elem, nem bontható szemcsékre. Egy szigetelem nagyobb lehet, mint egy szemcse, ezért a környezeti hőhatásokkal szemben is nagyobb stabilitást mutat, mivel nagyobb területen nehezebb a mágneses orientációt megváltoztatni. A félvezető iparban alkalmazott fotolitográfia segítségével kialakítható legkisebb mintázat elemeinek mérete ma kb. 65 nanométer. Ez viszont nem elegendő az 500 gigabit/in² sűrűség túlszárnyalásához, ahhoz egymástól 36 nanométer távolságban elhelyezkedő 22 nanométeres szigetekre lenne szükség. A fotolitográfia továbbfejlesztésével ez elérhetővé válik. Nem egyetlen, hanem több ultraibolya fénynyalábbal rajzolják ki a mintázatot. Ha két nyalábot használnak, akkor a nyalábok interferenciájával csíkok, vonalak rendszere hozható létre, négy nyaláb interferenciájával négyzetes mintázat születhet. Laboratóriumi kísérletben már 15-20 nanométeres pontokat hoztak létre 516 gigabit/in² sűrűséggel.

Ultraibolya fény helyett elektronokkal is kirajzolható a kívánt mintázat, ezzel az első kísérletekben 520 gigabit/in² sűrűséget értek el. Ezt háromszorosan meghaladó, 1,6 terabit/in² sűrűséget is elértek már, amikor egyszerűen csak lyukakat fúrtak különböző vékonyrétegekbe. Ez lehet majd a mágneses szigetek kialakításának első lépése. Természetesen gond is akad, az elektronos technológia ugyanis rendkívül lassú. 1 terabit/in² sűrűség mellett több napot vesz igénybe egyetlen merevlemez elkészítése, erre nyilvánvalóan nem lehet sorozatgyártást alapozni. Más a helyzet, ha az elektronnyalábbal csak egy mesterpéldányt állítanak elő, és erről más, gyors megoldással készítenek másolatokat. A mintadarabot képlékeny műanyagba nyomják, majd a műanyag minta lesz az az öntőforma, amelyen fém, mágneses közeg, szilícium vagy más anyag megmintázható.

Kísérleteznek önmagukat szabályos mintázatba elrendező anyagokkal is. 2005-ben 50 nanométer átmérőjű polisztirol gömbökből hoztak létre szabályos elrendezést, majd erre egy vékony kobalt-palládium lapot helyeztek rá, így a mágneses ötvözetet a gömböcskék hullámossá tették. A hullámmintázat mágneses szigetekként működhet. Vannak olyan polimermolekulák, amelyek két különböző molekula összekapcsolódásával jönnek létre. Ha sok ilyen összetett molekulánk van, akkor az összetevők saját társaikkal kapcsolódnak össze, nem alkotnak tovább vegyes párost. Kis oszlopok erdeje áll össze az egyik féle molekulából, és ebbe a molekulaerdőbe állnak be keresztben, szabályos rendben a másik molekulafajtából kialakult oszlopocskák. Ha az egyik molekula oszlopsorait oldószerrel kivonják, akkor a helyükre mágneses anyagot lehet tölteni. A laboratóriumban elért sűrűség már néhány száz gigabit/in² , de a kétkomponensű molekulákkal (egyelőre) nem tudnak nagyobb rendezett területet kialakítani.

Dolgoznak a kétfajta megközelítés összeházasításán is. Nikkel-lemezen parányi, kör alakú barázdákat alakítottak ki, majd a barázdát kétkomponensű, polimetilmetakrilát (PMMA) és polisztirol összetevőkből létrejött molekulákkal töltötték meg. A PMMA-molekulák oszlopokba rendeződtek a barázdában; egy 60 nanométeres barázdában egyetlen oszlopsor állt föl, 400 nanométeres barázdában 6 oszlopsort sikerült elrendezni. Ez a kutatócsoport már 800 gigabit/in² sűrűségnél tart.

A laboratóriumi kísérletek tehát ígéretesek, különböző nanotechnológiai megoldásokkal alaposan megnövelhetőnek látszik az információtárolás sűrűsége. A nagyobb sűrűséghez másfajta író-olvasó fejeket is ki kell majd fejleszteni, olyanokat, amelyek elég érzékenyek a mágneses szigetek észleléséhez. A mozgatórendszer is alapos finomításra szorul, ha valóban sikerül az információtároló egységek méretét jelentősen lecsökkenteni. A műszaki problémák megoldása után jönnek a gazdaságossági számítások. Hétköznapi alkalmazásokhoz csak akkor lesz érdemes megnövelt tárolókapacitású merevlemezeket gyártani, ha a költségek alacsonyan tarthatók. Ma ezt még nehéz megítélni, de a fejlesztők optimisták. A piac már igényli a nagykapacitású tárolókat, hiszen például a digitális videorekorder 6 gigabittel ír le egyetlen órányi tévéműsort.

Jéki László