Главная страница «Первого сентября» • Главная страница журнала «Физика» • Содержание №3/2007

Как это устроено?..

См. также № 1/07

ЖЁСТКИЕ МАГНИТНЫЕ ДИСКИ С ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ ЗАПИСЬЮ ИНФОРМАЦИИ. С тех пор как фирма IBM (США) 50 лет назад выпустила первые жёсткие диски с магнитной записью информации (винчестеры), плотность записи увеличилась в 65 млн раз! Основной рывок произошёл в последнее десятилетие. Каждый бит информации теперь записывается на тончайшей ферромагнитной плёнке, покрывающей пластиковый или алюминиевый диск, в области размером не более 30 нм, соседствующей с другими такими же областями. Эти области называются доменами. Конструкторы давно предсказывали, что недалеко уже достижение фундаментального предела плотности записи, который обусловлен так называемым суперпарамагнитным эффектом: по мере уменьшения размера домена, являющегося носителем бита информации (информационного «0» или «1»), его атомная энергия, поддерживающая одинаковую ориентацию магнитных моментов всех содержащихся в нём атомов, становится столь малой, что на неё могут оказывать влияние тепловые флуктуации. В результате магнитный момент может переориентироваться, а в записанной информации появятся сбои. И вот это роковое время настало. Однако крупные производители магнитных дисков нашли выход: они перешли на диски с другой архитектурой магнитных доменов, на так называемую перпендикулярную запись – в противоположность обычной, продольной записи. В дисках нового типа носителями информации являются области, намагничиваемые вертикально, т.е. перпендикулярно подложке ( в обычных дисках домены намагничиваются параллельно подложке), что позволило увеличить плотность записи в 10 раз. По мнению специалистов, это позволит увеличить продолжительность видеозаписи со 150 до 1500 ч, а плотность записи информации со 100 Гбит/дюйм² (15 Гбит/см²) до 500–700 Гбит/дюйм² (75–120 Гбит/см²). Уже на первых носителях нового типа она составила 130 Гбит/дюйм². Ирония заключается в том, что и здесь со временем (через 5–6 лет) начнёт действовать суперпарамагнитный эффект, так что, увы, плотность записи будет ограничена, правда, значительно большей величиной. Следующим шагом скорее всего будет тепловая магнитная запись – c локальным разогревом лазерным лучом во время намагничивания. Такой способ, как предполагают, позволит получить плотность записи информации до 1000 Гбит/дюйм² (1 Тбит/дюйм²). А дальше перейдут, возможно, к материалам, в которых доменами будут являться единичные зёрна поликристалла, и к невращающимся магнитным дискам. Но это дело далёкого будущего.

Жёсткий магнитный диск

Запись и считывание осуществляются при вращении диска со скоростью 3600–15 000 об/с.
При продольной записи информации каждый домен (область, несущая один бит информации) намагничивается либо в направлении вращения диска, либо в противоположном ему. При таком способе сейчас уже достигнута предельная плотность записи.
При перпендикулярной записи под слой жёсткого ферромагнетика наносится мягкий магнитный подслой, в котором замыкается магнитное поле записывающей головки. В результате домены намагничиваются в вертикальном направлении. Это обеспечивает более плотное расположение доменов.

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ, ЧТО?..

ПЛОТНЫЕ ДОРОЖКИ. Чем меньше ширина дорожек и чем плотнее они расположены друг к другу, тем выше плотность записи информации. В современных дисках плотность записи около 600 000 дорожек на сантиметр, т.е. ширина каждой дорожки около 110 нм, а расстояние между соседними дорожками 60 нм. Записывающая головка по размеру такая же, как ширина дорожки, но слабое магнитное поле на её краях может в принципе перемагничивать прилегающие домены и вносить искажения в запись информации. Для минимизации этого эффекта изготовители всё время модифицируют форму головок и магнитных экранов. Ещё более критичными становятся описанные эффекты при вертикальной записи, поскольку магнитный подслой является сплошным, общим для всего диска, и магнитное поле каждого домена распространяется довольно далеко.

БОЛЬШЕ, НО И ДОРОЖЕ. Поскольку в устройствах с перпендикулярной записью информации необходим магнитный подслой, они оказываются дороже аналогичных устройств с продольной записью. Однако удельная стоимость информации (в расчёте на бит) всё же оказывается ниже.

ПОЛОЖЕНИЕ НА РЫНКЕ. Плотность записи информации в полупроводниковых запоминающих устройствах типа флэш-памяти, используемых в цифровых видео- и фотокамерах, плеерах, телефонах и другой видеотехнике, также очень быстро растёт. В устройствах, где большой ёмкости памяти не требуется, полупроводниковые запоминающие устройства вполне конкурируют с жёсткими дисками: хотя они немного дороже, зато миниатюрнее и устойчивее к ударам и тряске. Магнитные диски, однако, имеют меньшую удельную стоимость (на гигабайт), способны быстрее перезаписывать информацию и более надёжны, что очень важно при использовании в компьютерах и разного рода видеоаппаратуре.

Тепловое намагничивание пока ещё в процессе разработки. В принципе, оно позволяет формировать в материале, который при обычной температуре намагничивается в очень сильном поле, достаточно мелкие домены: в тот момент, когда на записывающую головку подаётся сигнал (информационная «1»), участок плёнки под ней облучается лазером. Происходит разогрев, коэрцитивная сила уменьшается, и участок легко намагничивается. При охлаждении намагниченность сохраняется.

В одном домене содержится 50–100 зёрен ферромагнетика в виде столбиков. Граница между доменами – немагнитная зона – представляет собой ломаную плоскость, проходящую по границам зёрен.

Scientific American, 2006, August (№ 2, v. 295), p. 90–91. Сокр. пер. с англ. Н.Д.КОЗЛОВОЙ

Модель магнитного материала будущего

Модель магнитного материала будущего, в котором носителем единичной информации будет не домен, содержащий десятки зёрен, а само зерно: 1 – область, хранящая бит при стандартном подходе; 2 – массив, границы которого совпадают с границами частиц; 3 – Междоменная граница в материале с продольной записью информации одна частица в идеале может хранить 1 бит.

Междоменная граница в материале с продольной записью информации: показано разупорядочение магнитных моментов зёрен внутри домена. При перпендикулярной записи магнитные моменты всех зёрен в домене направлены совершенно одинаково, а магнитный поток двух соседних доменов оказывается замкнутым.

http://www.ferra.ru/online/storage/26119

http://itc.ua/article.phtml?ID=15595&IDw=10&pid=33

http://old.osp.ru/pcworld/2005/07/044.htm

Продолжение в № 5