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 Forschungsteam 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.

Widersprüchliche Anforderungen
„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.

Erhitzen und schreiben gleichzeitig
Eine mögliche Lösung ist „Heat assisted magnetic recording“ (HAMR) sein: „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.

Details: <link http: agsuess.ifp.tuwien.ac.at>

agsuess.ifp.tuwien.ac.at, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Bild: © Creative Commons (SPBer)