Thermische Festplatte

Auf gewöhnlichen Computerfestplatten wird Information magnetisch abgespeichert. Punkt für Punkt verändert man die magnetischen Eigenschaften des Materials. Je kleiner diese Punkte sind, umso größer ist die Datenmenge, die man auf der Fest­platte unterbringt – doch gleichzeitig wird die Fehler­anfälligkeit größer. Einen möglichen Ausweg aus diesem Dilemma bietet die Verwendung von fokussierten Laser­strahlen. Ein Forscher­team der TU Wien hat diese Technik näher analysiert und mit Simulations­rechnungen gezeigt, dass sich bei der Verwendung der richtigen Materialien eine zehnmal höhere Datendichte erreichen lässt als bisher.

„Festplatten müssen verschiedene Anforderungen erfüllen, die einander zumindest teilweise wider­sprechen“, sagt Dieter Süss, Leiter des Christian-Doppler-Labors „Advanced Magnetic Sensing and Materials“ am Institut für Fest­körper­physik der TU Wien. Auf mikro­skopischer Skala ist die Stabilität der magnetischen Eigenschaften niemals perfekt. Ein winzig kleines magnetisiertes Körnchen kann seine Magnetisierung spontan ändern – je höher die Temperatur und je kleiner das Körnchen, umso größer ist die Wahr­scheinlich­keit für so eine spontane Ummagnetisierung. Wenn man also Daten auf immer kleineren Körnchen speichert, dann kommt man in einen Bereich, in dem aus thermo­dynamischen Gründen die Information mit der Zeit ganz unweigerlich verlorengeht.

„Um die Stabilität zu erhöhen, kann man Materialien mit einer höheren Koerzitiv­feldstärke verwenden – das heißt, dass sie ihre Magnetisierung auch dann noch bewahren, wenn sie einem höheren Magnet­feld ausgesetzt sind“, sagt Dieter Süss. Ganz zwangs­läufig wird dadurch allerdings auch der Schreib­prozess viel schwieriger, weil man dann ein hohes Magnet­feld auf einem sehr kleinen Raum konzentrieren muss, um die Magnetisierung gezielt zu ändern.

Eine mögliche Lösung ist „Heat assisted magnetic recording“ (HAMR): „Die Koerzitiv­feldstärke ist temperatur­abhängig. Wenn wir ein winziges Material­körnchen auf der Festplatte mit einem Laser erhitzen, dann lässt sich die Magnetisierung dieses Körnchens plötzlich schon mit einem recht geringen Magnetfeld verändern“, erklärt Süss. „Der Schreib­prozess wird dadurch also wieder einfacher.“ Wenn das Körnchen dann abgekühlt ist, kehrt es zu seiner ursprünglichen magnetischen Stabilität zurück.

„Mit der Hitze von Laserstrahlen und extrem hart­magentischen, stabilden Metall­legierungen hat man dieses Problem in den letzten Jahren schon fast gelöst“, sagt Dieter Süss. „Die größte Schwierigkeit besteht nun darin, dass thermische Störungen während des Schreibprozesses leicht zu Fehlern führen können, wenn man die Information auf winzig kleine Bereiche in der Größen­ordnung von Nano­metern abspeichert.“

Dieter Süss und sein Team konnte nun in Computer­simulationen klären, von welchen Parametern diese Prozesse abhängen. „Wir konnten dadurch den Schreib­prozess optimieren und die Fehler­rate berechnen“, sagt Süss. „Dabei zeigt sich, dass Speicher­dichten von über 250 Gigabyte pro Quadrat­zentimeter erreicht werden können – mehr das Zehn­fache von dem, was heute üblich ist.“ In Zukunft soll das Modell noch auf komplexere Strukturen erweitert werden, die aus mehreren Schichten mit unter­schiedlichen magnetischen Eigenschaften bestehen. Damit sollte sich auch die Schreib­geschwindigkeit weiter erhöhen lassen.

TU Wien / DE