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Un nuovo modo di leggere i dischi rigidi
La densità dei dati sui dischi rigidi è circa raddoppiata ogni anno negli ultimi 30 anni e, per tenere il passo, i ricercatori hanno realizzato sensori sempre più piccoli per leggere i minuscoli bit memorizzati su un disco. I dischi rigidi di oggi racchiudono una quantità di dati sbalorditiva: più di 200 gigabit in un pollice quadrato. Ma mentre l'industria si prepara a densità fino a un terabit per pollice quadrato, i sensori stanno raggiungendo i loro limiti fisici.
Dati di imballaggio: I dischi rigidi presto conterranno fino a un terabit di dati per pollice quadrato, cinque volte quello che i dischi trasportano ora. Gli attuali dispositivi di lettura non saranno in grado di leggere i minuscoli frammenti, quindi i ricercatori del National Physical Laboratory del Regno Unito hanno proposto un progetto per un nuovo tipo di sensore di lettura che potrebbe funzionare.
Ricercatori presso il Laboratorio Nazionale di Fisica , a Teddington, nel Regno Unito, propone ora un nuovo design del sensore per leggere i bit su un disco rigido. Il progetto, pubblicato nel Rivista di fisica applicata , si basa su un effetto magnetico diverso rispetto alle testine di lettura attuali. Potrebbe portare a testine di lettura molto più sottili e più piccole adatte a densità di dati fino a un terabit per pollice quadrato, afferma il ricercatore capo Marian Vopsaroiu.
Il nuovo sensore utilizzerebbe anche un po' meno energia rispetto alle attuali testine di lettura, una caratteristica particolarmente utile per laptop e lettori MP3. E potrebbe migliorare la velocità del lettore. Potresti leggere i dati dieci volte più velocemente, dice Vopsaroiu. Invece di un GHz, puoi leggere da cinque a dieci GHz.
I computer portatili e i computer attualmente utilizzano l'effetto di magnetoresistenza per leggere i dati del disco rigido. I dischi rigidi immagazzinano i bit magneticamente; a seconda della direzione del campo magnetico di un bit, può rappresentare un bit 1 o 0. Quando la testina di lettura sorvola il disco, i campi magnetici dei bit provocano un corrispondente cambiamento di resistenza nel sensore della testina di lettura. La resistenza non può essere misurata direttamente, quindi viene prima convertita in una tensione utilizzando una corrente continua. (La tensione è uguale alla corrente moltiplicata per la resistenza.) Affinché tutto funzioni, una corrente deve scorrere continuamente attraverso il sensore.
Il nuovo sensore non avrà bisogno di questa corrente costante perché sfrutta l'effetto magnetoelettrico. I materiali che mostrano questo effetto hanno campi elettrici e magnetici accoppiati: il loro campo elettrico cambia in risposta a un campo magnetico esterno e viceversa. Quindi, nel nuovo sensore, il campo magnetico di un bit di dati genererà direttamente una tensione anziché una resistenza. Ogni volta che voli sopra un bit registrato, [esso] indurrebbe una tensione di impulso che è positiva o negativa a seconda dell'orientamento di un bit, dice Vopsaroiu.
Il sensore è una pila di sette strati realizzati con materiali con diverse proprietà magnetiche ed elettriche. Insieme, interagiscono e mostrano l'effetto magnetoelettrico.
Gli attuali sensori a testina di lettura, al contrario, contengono 15 strati, quindi devono essere più spessi. È quasi impossibile creare uno stack da 15 a 20 strati in uno spazio da 10 a 15 nanometri, afferma Vopsaroiu. Il suo progetto, calcola, potrebbe portare a sensori più sottili di 10 nanometri, con una densità di dati di un terabit per pollice quadrato.
Egli avverte che questi numeri sono teorici a questo punto. Il fatto che il design funzioni effettivamente o meno dipende dai materiali utilizzati nella pila di sensori. I materiali che hanno le giuste proprietà magnetiche ed elettriche sono leghe complesse, come piombo zirconio titanato, cobalto ferro vanadio e platino manganese. Finora, è stato dimostrato che solo strati spessi micrometri di questi materiali hanno le proprietà magnetiche ed elettriche necessarie.
Per realizzare una pratica testina di lettura, gli strati nella pila di sensori dovranno avere uno spessore di due o tre nanometri. Non è chiaro se i materiali manterranno le loro proprietà a quelle dimensioni. Quando si va a spessori così piccoli... il comportamento può cambiare enormemente, dice il fisico del MIT Jagadeesh Moodera , uno degli scopritori dell'effetto tunnel magnetoresistenza utilizzato nelle attuali testine di lettura.
Inoltre, mettere insieme le leghe complesse in un sensore di pochi nanometri di spessore potrebbe essere una sfida. I materiali hanno tutti proprietà diverse e non sono necessariamente d'accordo tra loro, afferma Moodera. Ad esempio, un materiale potrebbe essere sensibile all'ossigeno, mentre un altro richiede ossigeno. Tuttavia, l'idea è valida, dice, e ha senso perseguirla [sperimentalmente].
Vopsaroiu concorda sul fatto che il suo design dovrà affrontare molte sfide. Ma i sensori della testina di lettura utilizzati oggi sono altrettanto complicati e i produttori hanno sviluppato modi per produrli facilmente. Inoltre, dice, per raggiungere la pietra miliare della densità del disco di un terabit per pollice quadrato, l'industria dovrà sperimentare nuove tecnologie di lettura.