Forskare vid Nano-Meta Technologies Inc. (NMTI) i Purdue Research Park har visat hur man kan övervinna viktiga begränsningar hos ett material som skulle kunna göra det möjligt för den magnetiska lagringsindustrin att uppnå dataregistreringsdensiteter långt bortom dagens datorer.

Den nya tekniken skulle kunna göra det möjligt att spela in data i en aldrig tidigare skådad liten skala med hjälp av små "nanoantenner" och att öka mängden data som kan lagras på en vanlig magnetisk skiva med 10 till 100 gånger.

Lagringsindustrins teknikstrategi, kallas värmeassisterad magnetisk inspelning (HAMR), gångjärn på nanoantennens design, eller närfältsgivare (NFT), sa Urcan Guler, chefsforskare på Nano-Meta Technologies.

HAMR använder "plasmonics, " en teknik som använder moln av elektroner som kallas ytplasmoner för att manipulera och kontrollera ljus. några av de plasmoniska NFT:er under utveckling är beroende av användningen av metaller som guld och silver, som inte är mekaniskt robusta och utgör en utmaning i tillverkningen och långsiktig tillförlitlighet för HAMR-inspelningshuvudet.

Forskare från Nano-Meta Technologies och Purdue University arbetar för att ersätta guld med titannitrid. Materialet ger hög hållfasthet och hållbarhet vid höga temperaturer, och dess användning som nanoantenn banar väg för nästa generations inspelningssystem, sa Vladimir M. Shalaev, vetenskaplig chef för nanofotonik vid Purdues Birck Nanotechnology Center och en framstående professor i elektro- och datorteknik.

Forskarna har ändrat de fysikaliska egenskaperna hos titannitrid, skräddarsy den för HAMR.

Ett team från Nano-Meta Technologies och Purdue har skrivit en artikel om behovet av att utveckla nya material som alternativ till guld och silver för olika plasmoniska tillämpningar, med HAMR som exempel. Artikeln publicerades online denna månad i tidskriften Faraday Discussions.

Tekniken skulle kunna göra det möjligt att kringgå gränserna för disklagringskapacitet som fastställs av konventionella magnetiska inspelningsmaterial. I vanliga fall, linser kan inte fokusera ljus som är mindre än ljusets våglängd, som är hundratals nanometer tvärs över. Dock, nanoantenner tillåter ljus att fokuseras till fläckar som är mycket mindre än ljusets våglängd, gör det möjligt att öka mediets lagringskapacitet.

Industrin har varit ovillig att använda titannitrid för potentiella nya plasmoniska applikationer eftersom tillverkning av nanoantenner av konventionell titannitrid leder till överdriven "självuppvärmning" genom absorption av ingående laserljus, hämmar prestationen. Vanlig titannitrid genomgår också oxidationsreaktioner vid höga temperaturer som försämrar dess optiska egenskaper, sa Ernesto Marinero, en professor vid Purdues School of Materials Engineering som är expert på magnetisk inspelning och började på universitetet efter en lång karriär inom lagringsindustrin.

För att lösa båda problemen, forskarna har modifierat titannitrid för att avsevärt minska dess inneboende ljusabsorption, därigenom banar vägen för att övervinna den självuppvärmande vägspärren. Vidare, forskarna har också löst oxidationsproblemet genom att skydda materialet med en ultratunn beläggning som förhindrar oxidation utan att påverka materialets optiska egenskaper.

Artikeln i Faraday Discussions skrevs av Guler; Alexander Kildishev, en docent forskningsprofessor i elektro- och datorteknik; Alexandra Boltasseva, en docent i elektro- och datateknik; och Shalaev.

HAMR använder en laser för att lysa upp en nanoantenn, en liten struktur med den idealiska formen och storleken för "optimal ljuskoppling" för att producera den önskade punktstorleken på inspelningsmediet. Antennen kopplar elektromagnetisk energi till en liten fläck, skapar värme som gör att ett magnethuvud kan skriva de ettor och nollor som krävs för datalagring på en snurrande skiva. HAMR tillåter användning av inspelningsmaterial med överlägsna magnetiska egenskaper för att garantera stabiliteten hos de nanoskala ettorna och nollorna för framtida datorenheter.

Shalaev och Boltasseva bildade Nano-Meta Technologies Inc. Företaget fokuserar initialt på tre applikationer:HAMR; solvärme, där ett ultratunt lager av plasmoniska metamaterial dramatiskt kan förbättra solcellseffektiviteten; och ett nytt kliniskt terapeutiskt tillvägagångssätt som använder nanopartiklar för cancerbehandling.

Forskningen har fått stöd av National Science Foundation genom ett Small Business Innovation Research-pris som beviljats ​​NMTI för utvecklingen av en hållbar HAMR NFT.

"Fas ett, som är ett genomförbarhetsprojekt, ger lovande resultat och NMTI söker industriella partners för produktutveckling, sa Guler.