Memorizzazione magnetica: fino ad 1 terabit per pollice quadro grazie a nuove tecniche

Da qualche tempo gli hard disk tradizionali, basati su meccanismi di scrittura magnetica, hanno raggiunto il limite della densità di storage, ovvero della quantità di informazione che può essere stoccata su un'area di un pollice quadro.

La più recente evoluzione in questo campo è rappresentata dalle tecniche di perpendicular recording, venute alla ribalta nel corso del 2005, e che hanno permesso di arrivare ad una densità di storage di poche centinaia di gigabit per pollice quadro. La ricerca si sta ora muovendo, ma con pochi risultati tangibili, sul terreno dello storage olografico e su quello di particolari polimeri.

In una recente pubblicazione su Nature Photonics, un gruppo di ricercatori di Hitachi Global Storage Technologies ha descritto un approccio differente, che prevede la combinazione di due metodi di scrittura già conosciuti e che consentono di arrivare fino ad una densità di 1 terabit per pollice quadro, con la possibilità teorica di raggiungere fino a 10 terabit per pollice quadro.

Entrambi i metodi di scrittura rappresentano una strada per contrastare i problemi posti dal superparamagnetismo. I lettori più attenti all'ambito storage sapranno bene che via via che si cerca di compattare l'informazione magnetica su di una superficie si va incontro all'insorgenza dell'effetto superparamagnetico: la piccola quantità di calore generata dalla testina di scrittura potrebbe, in maniera del tutto casuale, variare la magnetizzazione delle aree adiacenti, con la conseguenza di modificare il valore dei bit in esse contenuti e di danneggiare, pertanto, l'informazione stoccata. Nella ricerca di maggiore densità di storage, l'effetto superparamagnetico rappresenta un problema ed un ostacolo con il quale i ricercatori devono necessariamente avere a che fare.

Heat-assisted magnetic recording (HAMR) è il primo dei due metodi preso in esame dai ricercatori. Si tratta di una tecnica già conosciuta e della quale abbiamo avuto modo di parlare in passato e prevede l'impiego di un laser abbinato alla testina di scrittura e di un media composto da particolari materiali che possono essere magnetizzati solamente a determinate temperature. Il laser riscalda una porzione molto piccola del media e la testina provvede a scrivere l'informazione. In questo modo, quando la zona scritta si raffredda, non può più variare il proprio magnetismo, conservando l'informazione e mantenendo lontano l'effetto superparamagnetico.

La tecnica denominata bit-patterned recording è invece il secondo metodo utilizzato dai ricercatori. In questo caso vengono utilizzati media sulla cui superficie sono stati litografati dei domini magnetici: ciascun dominio isola di fatto l'evento di scrittura, evitando che l'effetto superparamagnetico possa andare a influenzare lo stato dei bit circostanti.

I principali limiti delle due tecniche sopra descritte sono però rappresentate, da un lato, dalla necessità di una testina di scrittura di dimensioni specifiche corrispondenti a quelle dei domini magnetici e, dall'altro, dalla necessità di media di tipo small-grain per controllare controllare la dimensione dell'area riscaldata. Combinando opportunamente questi due metodi, è possibile superare i limiti realizzare un sistema di scrittura capace di limitare l'azione su piccole aree del media senza che quelle circostanti vengano inficiate dall'operazione di scrittura stessa: la presenza dei domini magnetici non rende più necessario l'impiego di media di tipo small-grain, mentre la scrittura HAMR assicura che solamente la porzione riscaldata possa essere magnetizzata, eliminando in questo caso la necessità di una testina di dimensioni specifiche.

I ricercatori hanno inoltre messo a punto un meccanismo che prevede l'impiego di una radiazione laser condotta, attraverso una guida d'onda, ad un'antenna plasmonica che si occupa di eseguire materialmente l'operazione di scrittura. Quando la radiazione laser raggiunge l'antenna, diventa una carica. L'antenna ha una sagoma ad "E", dove i due bracci esterni fungono da massa e quello mediano da una sorta di "parafulmine" in maniera tale che possa concentrare la carica in una piccola area.

Con un braccio mediano di circa 20-25 nanometri di lunghezza e tracce separate ad una distanza di 24 nanometri, i ricercatori sono stati capaci di scrivere su aree delle dimensioni di 15 nanometri di diametro senza andare ad influenzare l'informazione circostante. L'efficienza del segnale della guida d'onda all'antenna è stato registrato essere del 40%, ma il tasso d'errore complessivo si è dmostrato contenuto. Il sistema permette, per ora, operazioni di scrittura alla velocità di 250 megabit al secondo.

Come detto in apertura, questo procedimento ha reso possibile ottenere una densità di storage pari a 1 terabit per pollice quadro, con margini di sviluppo sino a 10 terabit per pollice quadro. Nel complesso i ricercatori hanno avuto modo di notare che la registrazione dei dati si è rivelata essere di elevata qualità e che i materiali e le tecniche impiegate permettono, almeno in linea teorica, un'implementazione non particolarmente ostica sui dispositivi hard-disk per come li conosciamo oggi.