Как преодолеть технологический предел для объема информации на жестком диске?
 Плотность записи на жестких дисках не может повышаться бесконечно. |
|
||||||||
На сегодняшний день уже мало кто задумывается о том, что жесткий диск («винчестер») – это ни что иное, как средство сохранения информации на жестком ферромагнитном диске. С помощью пишущей головки над отдельными областями такого диска формируется магнитное поле, под действием которого эта область (состоящая из одного или нескольких магнитных доменов) определенным образом намагничивается. При сохранении физических размеров диска, повысить записанный на нем объем информации можно лишь с помощью уплотнения записи, т.е. уменьшения отдельных областей намагничивания. Однако, чем частицы меньше, тем меньше их свойства подчиняются «статистическим» законам, принятым для макро-магнитов.
К примеру, поведение магнитных наночастиц в магнитном поле в значительной степени зависит от их размера и, следует отметить, радикально отличается от «больших» магнитов. Ключевой фактор, являющийся объектом большинства исследований, - это устойчивость намагничивания этих частиц к тепловым колебаниям атомов, т.е. вероятность того, что целая магнитная наночастица спонтанно и полностью изменит ориентацию на противоположную при сохранении эквивалентного энергетического состояния. Широко распространенная теория гласит, что все атомы в наночастице «переключают» свои магнитные моменты одновременно. В этом случае вероятность изменения направления зависит от количества атомов (т.е. количества спинов, которые должны сменить направление) и некого параметра, описывающего магнитную анизотропию кристалла (этот параметр позволяет объяснить существование более вероятных направлений для ориентации магнитного момента).
Однако, в журнале Physical Review Letters недавно группой американских ученых была опубликована статья, подвергающая сомнению общепринятые представления. Исследователи выдвинули предположение о существовании более сложного механизма ориентации и переориентации магнитных наночастиц, чрезвычайно чувствительного к морфологии отдельно взятого домена. В «больших» (по нано-меркам) ферромагнетиках всегда так или иначе существуют стыки отдельных магнитных доменов с различным направлением намагниченности. Само существование таких «стенок» определяет так называемую «магнитную память», т.е. дает возможность использовать ферромагнетики для хранения информации. Фрагменты ферромагнетика, размер которых лежит в нано-диапазоне, не содержат таких «границ», т.к. это становится энергетически не выгодно. Такие частицы все еще подвержены гистерезису, но в данном случае они начинают действовать как один единственный магнитный момент, обладающий за счет анизотропии кристалла некоторыми выделенными (более вероятными) направлениями. При этом для перехода между выделенными состояниями необходима некоторая энергия, т.к. магнитному моменту требуется «пройти» через так называемые «нежелательные» состояния. Опуская рассуждения ученых, приведенные в статье, отметим, что эта энергия напрямую зависит от анизотропии кристалла ферромагнетика. Понимание этого процесса ведет к простому выводу: для повышения устойчивости магнитных наночастиц к «перемагничиванию», необходимо повышать анизотропию.
Удивительный результат проведенных экспериментов состоит в том, что энергия, необходимая для «перемагничивания», зависит только от длины частицы вдоль оси анизотропии, а не от общего количества атомов. Такие выводы открывают неожиданные выходы для будущего дизайна магнитных запоминающих устройств.
Также по теме:
Источники: