0

Magnetyczne skyrmiony lekiem na małą pojemność dysków twardych

Nie ma chyba takiej osoby, która nie narzekałaby na ilość lub szybkość pamięci dyskowej w swoim komputerze, laptopie, tablecie czy nawet smartfonie. Niemal pewne jest, że każdy z nas dojdzie do takiego etapu, kiedy musi kupić nowy, większy dysk twardy lub kartę pamięci. Co więcej od kilku lat można odnotować wyraźne spowolnienie i pojemność zarówno dysków jak i pamięci NAND nie rośnie już tak szybko. Naukowcy z MIT również to zauważyli, ale być może znaleźli rozwiązanie tej bolączki.

Z dostępną przestrzenią pamięci w naszych urządzeniach jest podobnie jak z bateriami. Co jakiś czas słyszymy o kolejnej rewolucyjnej technologii rozwijanej przez naukowców, która ma być lekiem na ich niewystarczającą pojemność. Mijają jednak kolejne lata i nadal nie wprowadzono na rynek nic lepszego niż ogniowo litowo-jonowe. Tak samo jest z dyskami, zarówno technologia HDD, jak i SSD od jakiegoś czas praktycznie stoi w miejscu. Obecnie największy dostępny na rynku dysk HDD to model WD Gold o pojemności 12 TB, niedługo zadebiutuje też nośnik HGST oferujący 14 TB, ale to sztuczny wzrost osiągnięty zwiększaniem liczby talerzy. O tym już zresztą pisałem.

W przypadku SSD jest podobnie, dyski z pamięciami TLC są dosyć pojemne i wystarczająco niezawodne, ale nie zawsze tak szybkie jakbyśmy tego oczekiwali. Tutaj również we znaki dają się problemy z zmniejszaniem wymiaru technologicznego i zachowaniem „prawa Moore’a”, które ostatnio nie ma dobrej prasy. Niestety tranzystorów nie można zmniejszać w nieskończoność. Można jednak wykorzystać inną technologię, która bazuje na znacznie mniejszych cząsteczkach, obecnych na poziomie atomowym.

Skyrmiony na ratunek

Zapisywanie danych na strukturach atomowych pewnie brzmi nieco jak science-fiction, ale jeśli wierzyć ostatnim osiągnięciom zespołu profesora Geoffrey’a Beach’a, to jest to jak najbardziej możliwe. Dzisiejsze magnetyczne dyski twarde działają na zasadzie modyfikacji bieguna cząsteczki magnetycznej na powierzchni talerza. Metoda profesora Beach’a bazuje na niewielkich zakłóceniach w orientacji magnetycznej, które pojawiają się na powierzchni dysku, a które nazwano skyrmionami. Zniekształcenia te można kontrolować przy pomocy pola elektrycznego, a stąd już niewiele dzieli nas od możliwości zapisu danych.

Magnetyczne skyrmiony

źródło: Soton.ac.uk

Skyrmiony mają kształt wirowych zniekształceń na powierzchni cienkiego metalowego materiału, powstają na granicy między atomami o przeciwnych biegunach. Zniekształcenia te można formować wedle własnych potrzeb nakładając na materiał magnetyczny, kolejną warstwę ciężkiego metalu niemagnetycznego. Przy pomocy pola elektrycznego przyłożonego do warstwy niemagnetycznej, można sterować skyrmionami w materiale magnetycznym zmieniając ich kierunek wirowania. Teraz dodając do tego specyficzne defekty w materiale, można takie skyrmiony umieścić w określonym miejscu na powierzchni talerza. Cały proces po dopracowaniu może być równie szybki jak zapis do pamięci RAM. W dodatku jest to metoda trwałego zapisu i na znaczniej mniejszej powierzchni.

Zapis jest łatwy, ale jak te dane odczytać?

Paradoksalnie największym problemem w tej technologii jest metoda odczytu zapisanych danych. Na ten moment jedynym sposobem na odczytanie zawartości takiego dysku jest zastosowanie skomplikowanego spektrografu rentgenowskiego. Przy pomocy promieniowania X można stworzyć swego rodzaju mapę skyrmionów na powierzchni i po przetworzeniu odczytać zapisane w niej dane. Problem tylko w tym, że koszt takiego urządzenia to dzisiaj  około 50 000 USD, nie mówiąc już o problemie z jego miniaturyzacją.

Na szczęście naukowcy z MIT przy współpracy z kolegami z Instytutu Maxa Borna w Berlinie pracują nad bardziej efektywną i łatwiejszą do wdrożenia metodą odczytu. Polega ona na nałożeniu dodatkowej warstwy materiału metalicznego i badaniu różnic w rezystancji elektrycznej powodowanej właśnie przez skyrmiony. Na ten moment jest to jednak tylko hipoteza i wymaga dalszych prac. Miejmy nadzieje, że na efekty nie będziemy musieli czekać kolejne 20 lat…