(PhysOrg.com) -- Ett nytt magnetiskt inspelningsmedium som består av små nanosfärer har tagits fram av europeiska forskare. Tekniken kan leda till att hårddiskar kan lagra mer än tusen miljarder bitar av information på en kvadrattum.

Med konsumentdatorer som nu säljs med hårddiskar på en terabyte eller mer - tillräckligt för att spela in mer än två års musik - tycks lagringskapaciteten utökas utan gränser. Men gränserna finns och branschinsiders vet att de närmar sig med stormsteg.

Dagens hårddiskar registrerar information på ett ferromagnetiskt lager. Skiktet består av korn med en diameter på cirka 7 nanometer och varje "bit" av information finns i en magnetiserad cell som täcker kanske 60 till 80 korn. När magnetfältet pekar åt ena hållet lagras en '1' och när det pekar åt motsatt håll lagras en '0'.

Ett sätt att packa information på en disk skulle vara att göra cellerna mindre. Men med färre korn per cell, signal/brusförhållandet stiger och därmed sannolikheten för att en bit blir felläst.

Det uppenbara svaret är att använda ett inspelningsmedium med mindre korn, men då uppstår problem med termisk stabilitet. "Över tid, om den termiska stabiliteten inte är tillräckligt stor, den magnetiska orienteringen kommer att vända åt motsatt håll så att den förlorar sin information, ” säger Manfred Albrecht från Chemnitz tekniska universitet.

Nanosfärer

Han förespråkar ett helt nytt tillvägagångssätt som använder tekniker från nanoteknik för att konstruera en "mönstrad" inspelningsyta som inte består av oregelbundna korn utan av specialtillverkade magnetiska celler. "Problemet nu är hur man kan producera dessa nanostrukturer i stor skala till låg kostnad?"

Albrecht samordnade det EU-finansierade MAFIN-projektet som försökte bygga regelbundna uppsättningar av celler från små magnetiserade nanosfärer. Sfärerna är gjorda av kiseldioxid och finns kommersiellt tillgängliga i en mängd olika storlekar. Efter att ha testat många olika storlekar bestämde sig MAFIN-teamet på sfärer med en diameter på 25 nanometer, större än konventionella spannmål men mindre än normala lagringsceller.

Attraktionen med att använda nanosfärer är att de kommer att montera sig själva i en vanlig array. Nanosfärerna blandas med en alkoholbaserad lösning som släpps på substratet. När alkoholen avdunstar lämnas sfärerna i ett regelbundet mönster.

"Vi deponerade sedan en magnetisk film ovanpå partiklarna för att bilda ett magnetiskt "lock", ” förklarar Albrecht. "Och om du gör det rätt så fungerar den här magnetiska hatten som en enda magnet, med en nord- och en sydpol, och arrayen kan användas som en lagringsenhet."

Huruvida locket är magnetiserat med en nord- eller sydpol uppåt avgör om den lagrar en "1" eller en "0".

Järn-platina legering

Den magnetiska filmen är en järn-platinalegering som redan har rönt intresse inom den magnetiska lagringsindustrin. Det är belagt på nanosfärerna genom magnetron-sputter-avsättning. Eftersom kiseldioxid i sig är icke-magnetisk, varje kåpa är isolerad från sina grannar och kan hålla sin magnetisering väl.

Självmontering av nanosfärerna styrs av förmönster av silikatsubstratet med röntgenlitografi för att skapa små gropar för sfärerna att slå sig ner i.

"Jag tror att självmonteringsbaserade metoder har den största potentialen eftersom de inte är dyra, säger Albrecht. "De är väldigt låga."

Ett avstånd på 25 nanometer mellan sfärer motsvarar en lagringstäthet på en terabit (1000 gigabit) per kvadrattum. Med samma tillvägagångssätt med mindre sfärer bör forskare kunna uppnå densiteter upp till sex gånger högre.

Förutom att titta på inspelningsmediet, MAFIN-forskare har också undersökt inspelningstekniker. Järn-platina är svårare att magnetisera än konventionella media, så ändringar kommer att behövas för att göra det enkelt att registrera och läsa information.

Möjligheter för industrin

Teamet undersökte med hjälp av en sond med en fin magnetisk spets för att magnetisera och läsa var och en av nanosfärerna istället för ett konventionellt inspelningshuvud.

MAFIN avslutades i maj 2009 men dess arbete har överförts till ett efterföljande EU-projekt, TERAMAGSTOR. Medan MAFIN var angelägen om ett proof of concept, det nya projektet syftar till att demonstrera en hårddisk med en lagringstäthet som överstiger en terabit per kvadrattum.

Albrecht ser möjligheter för europeisk industri att utveckla de tillverkningsprocesser som nya, nanostrukturerade lagringsmedia kommer att krävas. "I Europa har vi ingen riktig industri som producerar hårddiskar, " han säger. "Det är allt i Asien och USA. Men vi har tillverkare av deponeringsverktyg och expertis inom sputterteknik.”

Glassubstraten på konventionella hårddiskar kommer inte att vara lämpliga för de högtemperaturprocesser som krävs för att deponera legeringar, så europeiska företag med know-how inom keramiska material kan också ha en roll att spela.