Новый материал на основе графена, созданный международной группой ученых, позволит повысить емкость жестких дисков на порядок по сравнению с сегодняшними моделями. Многослойный графен оказался гораздо эффективнее углеродных соединений, используемых сегодня для покрытия дисков в накопителях.
Графен добрался до жестких дисков
Международная группа исследователей из компании Graphene Flagship и ряда научных учреждений Великобритании, Швейцарии, Индии, Сингапура и США представила технологию использования графена в производстве компонентов для магнитных дисковых накопителей с ультравысокой плотностью записи данных.
По утверждению ученых, опубликовавших результаты исследования в статье «Графеновые покрытия для магнитных носителей сверхвысокой плотности хранения» (Graphene overcoats for ultra-high storage density magnetic media) в научном издании Nature, внедрение нового материала позволит нарастить плотность записи магнитных дисков с нынешних единиц терабит на квадратный дюйм до десятка терабит на той же площади.
Для этих целей в статье предлагается использовать многослойный графен в качестве замены покрытий на основе углеродных соединений, которые применяются в современных накопителях для защиты магнитных пластин от коррозии и механических повреждений, и при этом занимают большую часть зазора между магнитными дисками и магнитными головками.
«Эта работа демонстрирует превосходные механические, коррозионные и износостойкие свойства графена для магнитных носителей сверхвысокой плотности хранения, – отметила Андреа К. Феррари (Andrea C. Ferrari), директор по науке и технологиям Graphene Flagship. – Учитывая, что в 2020 году было произведено около 1 млрд терабайт новых жестких дисков, эти результаты демонстрируют потенциал графена для массового рынка».
Особенности технологии
Несмотря на значительно возросшую в последнее время популярность твердотельных накопителей, особенно популярных в мобильных устройствах и критичных корпоративных системах хранения данных, жесткие диски по-прежнему популярны для хранения данных в персональных системах и дата-центрах – главным образом, за счет более низкой стоимости.
Данные записываются в жестких дисках на пластины с помощью магнитных головок, которые быстро перемещаются над вращающимися пластинами. Чем меньше зазор между пластиной и головкой, тем большую плотность хранения данных может обеспечить диск. Переход на покрытия из углеродных материалов позволил уменьшить их толщину с 12,5 нм в 1990-х годах до примерно 3 нм, и довести плотность записи до приблизительно терабайта на кв. дюйм.
Для дальнейшего повышения плотности хранения данных и достижения уровня порядка 10 терабайт на кв. дюйм необходимо использование покрытий на основе углеродных соединений толщиной менее одного нанометра, однако современные покрытия подобного класса теряют свои полезные свойства при толщине менее 2 нм.
Исследователи из Graphene Flagship разработали технологию использования покрытий из пластин графена. В своей работе они описали покрытия толщиной от одного до четырех уровней графена, которые тестировались на трение, износ, коррозию, термическую стабильность, гладкость поверхности и совместимость со смазочными материалами.
Исследования подтвердили, что графен позволяет снизить трение вдвое и обеспечивает лучшую защиту от коррозии и износа, чем современные углеродные покрытия. Применение одного слоя графена позволило снизить коррозию в 2,5 раза. Многослойное графеновое покрытие показало снижение скорости износа на три порядка.
Сочетание с другими перспективными технологиями
Нанесение одно-четырехслойного графенового покрытия осуществлялось в экспериментах путем химического осаждения из паровой фазы (Chemical Vapour Deposition, CVD) и переноса на пластины жесткого диска из медного сплава. Подобная технология применяется в современном техпроцессе производстве жестких дисков.
Разработчики из Graphene Flagship также исследовали технологию переноса графена на диски с железо-платиновым покрытием пластин (FePt) в качестве магнитного записывающего слоя для тестирования перспективной технологии тепловой магнитной записи (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR), которая обеспечивает увеличение плотности хранения данных за счет нагрева записывающего слоя до высоких температур.
Эксперименты подтвердили, что защитные покрытия из графена выдерживают высокие температуры технологии HAMR без разрушения. По мнению исследователей, покрытия на основе графена в сочетании с другими инновационными технологиями – такими как HAMR и битовая магнитная запись (Bit Patterned Magnetic Recording, BPM), смогут обеспечить увеличение плотности хранения данных до 10 терабайт на кв. дюйм и даже более.
В разработке технологии и публикации статьи помимо исследователей из Graphene Flagship принимали участие ученые из Кембриджского университета, Великобритания, Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), Швейцария, Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий Empa, Швейцария, Эксетерского университета, Великобритания, института CSIR-Advanced Materials and Processes Research Institute, Индия, Национального университета Сингапура (NUS), Агентства по науке, технологиям и исследованиям (A* STAR), Сингапур, Иллинойского университета и Аргоннской национальной лаборатории, США.
Ранее CNews рассказал о прогнозе аналитиков из IDC, по мнению которых к 2024 г. на магнитных дисках будет храниться до 54% всей информации (показатель 2018 г. составил 65%.). В другом отчете IDC, Global StorageSphere, где прогнозируется рост емкости хранилищ данных, отмечается, что в по итогам 2020 г. установленная емкость СХД по всему миру вырастет на 16,6% до 6,8 зетабайт, а в 2019-2024 гг. среднегодовой рост объема составит порядка 17,8%.
