Hard disk con capacità 10 volte maggiore. Il segreto? Il grafene!

Un gruppo di ricercatori dell'Università di Cambridge ritiene che il grafene sia la chiave per migliorare la densità di archiviazione degli hard disk fino a 10 volte. Lavorando a stretto contatto con i colleghi dell'Università di Exeter e altri dislocati in India, Svizzera, Singapore e Stati Uniti, a Cambridge hanno trovato una strada che potenzialmente potrebbe risolvere uno dei problemi con cui si scontrano i produttori di hard disk. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Communications.

Gli hard disk, detti anche dischi meccanici, vedono al loro interno due componenti principali, i piatti e le testine magnetiche. I dati vengono scritti sui piatti da una testina magnetica che si muove velocemente sopra i piatti che girano. Salvare informazioni con densità sempre maggiori richiede, tra le tante cose, la riduzione della distanza tra la testina e il piatto.

I rivestimenti a base di carbonio (COC, carbon-based overcoats) attuali, ossia degli strati che proteggono i piatti dai danni meccanici e dalla corrosione, occupano una buona parte di quella distanza che intercorre tra la testina e il piatto. Lo spessore dei COC, dagli anni '90 a oggi, è passato da 12,5 a circa 3 nanometri, quadruplicando la densità di archiviazione dei dischi fino a portarla a 1 terabit per pollice quadrato. Il grafene, secondo i ricercatori, consentirà di spingersi fino ad almeno 10 terabit per pollice quadrato, moltiplicando quindi per dieci il valore attuale, grazie a uno spessore del COC inferiore al nanometro.

Per provare la loro teoria, i ricercatori di Cambridge hanno sostituito i COC commerciali con strati di grafene (da uno a quattro) per testare proprietà come la frizione, usura, corrosione, stabilità termica e la compatibilità con i lubrificanti. Oltre alla sottigliezza senza precedenti, il grafene ha dimostrato di poter soddisfare tutte le proprietà di un rivestimento ideale. Il grafene ha ridotto di due volte l'attrito e limita i fenomeni di corrosione e usura rispetto alle soluzioni odierne. Infatti, un singolo strato di grafene riduce la corrosione di 2,5 volte.

Gli scienziati hanno trasferito il grafene, avvalendosi del processo di deposizione chimica da vapore, su piatti in ferro-platino come strato di registrazione magnetica e testato la tecnologia Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR) che consente un aumento della densità di archiviazione riscaldando il supporto di registrazione a temperature elevate prima di scrivere il dato. HAMR scalda infatti un'area minuscola del piatto per circa un nanosecondo in modo da ridurne la coercitività, portando il materiale alla sua temperatura di Curie (TC), sopra la quale è scrivibile con un campo magnetico di circa 0,8 T (Tesla) da testine convenzionali. Dopo il raffreddamento a temperatura ambiente, la coercitività torna al valore originale, e il dato scritto viene mantenuto.

Gli attuali COC non funzionano bene alle alte temperature imposte dalla tecnologia HAMR (sotto i 2-3 nanometri perdono gran parte delle loro proprietà), ma il grafene sì. Pertanto, il grafene, insieme all'HAMR, può permettere di raggiungere una densità pari a 10 terabit per pollice quadrato e persino oltre se al mix si aggiunge la tecnologia bit patterned media (BPM), dove il layer di archiviazione magnetica è modellato in un insieme di pilastri, ciascuno rappresentante un singolo bit.

"Dimostrare che il grafene può fungere da rivestimento protettivo per i dischi rigidi convenzionali e che è in grado di resistere alle condizioni imposte da HAMR è un risultato molto importante. Ciò spingerà ulteriormente lo sviluppo di nuovi hard disk ad alta densità", ha affermato la dottoressa Anna Ott del Cambridge Graphene Centre, uno dei coautori di questo studio.

Le fa eco il professor Andrea C. Ferrari, direttore del Cambridge Graphene Centre: "Questo lavoro mette in mostra le eccellenti proprietà meccaniche, di corrosione e di resistenza all'usura del grafene per supporti magnetici ad altissima densità di stoccaggio. Considerando che nel 2020 è stato prodotto circa 1 miliardo di terabyte di spazio di archiviazione su nuovi hard disk, questi risultati indicano un percorso per l'applicazione di massa del grafene in tecnologie all'avanguardia".