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neue Datenspeicherung durch „erhitzte“ Magnete …

Die Nachfrage nach Speicherplatz wird immer größer. Gleichzeitig verlangt die Kundschaft, dass die Preise weiter sinken. Das magnetische Material, das in heutigen Festplatten verbaut wird, könnte seine Maximalkapazität aber bereits in den nächsten fünf Jahren erreicht haben. Um mit moderneren Technologien wie Flash-Speichern mitzuhalten, suchen die Hersteller deshalb nach neuen Wegen.

Forscher bei Seagate haben nun erstmals die Durchführbarkeit einer Methode demonstriert, die die Kapazität magnetischer Speichermedien noch viele Jahre lang erweitern könnte. Das Verfahren nennt sich wärmeunterstützte Magnetaufzeichnung und beinhaltet das Erhitzen der magnetischen Regionen auf einer Festplatte, um das Medium stabiler zu machen. Dies soll es erlauben, Daten mit einer bis zu 50 Mal höheren Dichte abzulegen, als dies mit einem Ausreizen der aktuellen Technik möglich wäre. „Innerhalb weniger Jahre wird die Industrie neue Ideen brauchen, um weiterzukommen“, sagt Randall Victora, Professor für Elektro- und Computertechnik an der University of Minnesota. Die Materialien kämen an ihre physikalischen Grenzen.

Die Festplatten, die in den meisten Rechnern sitzen, bestehen aus sich drehenden Scheiben, die mit einem magnetischen Material beschichtet sind, das aus kleinen, zerklüfteten Körnchen besteht. Daten werden aufgezeichnet, wenn sich ein kleiner Schreibkopf über die Scheibe bewegt und die Magnetisierung eines dieser Körnchen entweder nach oben oder nach unten verändert wird – für eine 1 oder eine 0.

„Mit zunehmender Datendichte müssen auch diese Körnchen immer kleiner werden“; sagt Ed Schlesinger, Leiter des Instituts für Elektro- und Computertechnik an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh. „Man erreicht aber einen Punkt, an dem die Körnchen so klein geworden sind, dass sie instabil werden und sich ihr magnetischer Status durch kleine Temperaturfluktuationen verändern lässt.“

Das Problem lässt sich aber beheben, indem zu einem stabileren Aufzeichnungsmedium gegriffen wird – doch das geht nicht so leicht, weil aktuelle Schreibköpfe damit nicht umgehen können. Seagate hat deshalb nun Schreibköpfe entwickelt, die ein Wärmeelement enthalten. Werden die Körnchen erhitzt, wird es leichter, ihre Magnetisierung zu verändern. Kühlt sich das Medium ab, „gefrieren“ die Daten.

Die wärmeunterstützte Magnetaufzeichnung stellt allerdings noch eine große wissenschaftliche und ingenieurtechnische Herausforderung dar. Der Schreibkopf beinhaltet einen schnellen Laser, der sich auf die Größe eines einzelnen Magnetkörnchens fokussieren muss – weniger als 100 Nanometer im Durchmesser. Das ist unmöglich mit konventionellen Optiken zu erreichen. Stattdessen wird eine neue Generation benötigt, die im Nahfeldbereich funktioniert. Die Seagate-Technologie nutzt so genannte optische Antennen, die Lichtenergie genauer konzentrieren können als jedes linsenbasierte Instrument.

Die Seagate-Forscher konnten erstmals zeigen, wie sich die wärmeunterstützte Magnetaufzeichnung verlässlich durchführen lässt. Sie verwendeten dazu einen regulären Schreibkopf, der über eine Nahfeld-Optik verfügte, um Daten auf die Festplatte zu schreiben, die mit einem stabilen Medium beschichtet war. Damit ließen sich Daten mit einer Dichte von 250 Gigabit pro Quadratzoll beschreiben, wie es in einem Paper für „Nature Photonics“ hieß.

Die Dichte entspricht bislang nur der, die man in aktuellen Laptop-Festplatten findet. Doch darum geht es den Forschern nicht. „Das ist eine Glanzleistung im Bereich der Forschung auf dem Gebiet dieser Technologie“; meint Schlesinger.

Der Seagate-Prototyp besteht fast nur aus Komponenten, die in heutigen Festplatten stecken, sagt Ed Gage, Exekutivdirektor für die Forschung an Speichersystemen bei der Firma. Es werde zwar ein anderes Medium verwendet, doch sei das mit Prozessen hergestellt, wie sie längst in der Industrie verwendet würden. Auch der Schreibkopf entspreche der aktuellen Generation, ergänzt um die Optik.

Die Firma plant nun, die Speicherdichte weiter zu erhöhen. „Das Experimentalsystem benötigt noch etwas ingenieurtechnische Arbeit“, sagt William Challener, der ebenfalls an dem Projekt arbeitet. Die Größe des Laserlichtes bei den Prototypen bewegte sich im Rahmen um 70 Nanometer, andere Forscher haben 20 Nanometer im Labor gezeigt und die Firma hofft, dies selbst zu erzielen. Es gibt außerdem einiges in den Bereichen elektronischer Kontrollsysteme zu tun – der Laser muss in der Festplatte schließlich gesteuert werden.

Unterdessen arbeiten andere Forscher an weiteren Technologien zur Erhöhung der magnetischen Speicherdichte. Einer der Ansätze versucht, die Dichte und Stabilität der Bits durch die genaue Anordnung von Mustern im Nanobereich zu erhöhen.

„Diese Ansätze haben alle ihre unterschiedlichen Stärken und Schwächen“, meint Barry Schechtman, emeritierter Exekutivdirektor des Information Storage Industry Consortium. „Es gibt aber einen starken Konsens, dass in den nächsten fünf bis zehn Jahren eine neue Technik nicht reichen wird. Wir brauchen wahrscheinlich eine Kombination aus solchen Nano-Mustern und wärmeunterstützter Magnetaufzeichnung.“

Quelle:

Katherine Bourzac

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15. April 2009 - Posted by | Uncategorized

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