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    衡陽市金則利特種合金股份有限公司

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  • 磁存儲技術(shù)和納米技術(shù)的未來
    發(fā)布時(shí)間:2018-05-28 來源:本站 點(diǎn)擊數(shù):419
    近日,美國布朗大學(xué)和Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家公布了幾種制造鐵鉑納米棒和納米線的新方法。使用這些方法合成的新型納米粒子,能夠顯著增加未來幾代以磁技術(shù)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)硬盤的數(shù)據(jù)存儲空間。這些材料使制造更密集磁介質(zhì)成為可能,而且,使用這些新材料生產(chǎn)出的設(shè)備將可能不再受到常規(guī)磁存儲技術(shù)所遇到的限制。
      磁介質(zhì)將信息存儲在由磁性一致的鈷、鉑和鉻合金制造的粒子組成的細(xì)小扇區(qū)上。要想在更小的空間中存儲更多信息,制造商需要將扇區(qū)做得更小。但問題是,如果進(jìn)一步縮小傳統(tǒng)材料制造的粒子,那么它們就會(huì)在室溫下失去磁性方向,進(jìn)而損壞存儲的數(shù)據(jù)。 要繼續(xù)增加存儲容量,以便存儲更多的歌曲、電影和其他多媒體文件,就必須尋找新材料。鐵鉑材料非常重要,因?yàn)樗诩{米級別能保持磁性,即這種材料的納米棒和納米線能夠在受控的情況下保持極性一致,每個(gè)粒子都指向同一個(gè)方向。如果鐵鉑粒子能夠按照要求的規(guī)格制造,就可以用作磁介質(zhì),而且能使存儲密度提高到原來的10倍。
      納米技術(shù)在以硬盤為代表的磁存儲領(lǐng)域早已得到應(yīng)用。例如,IBM發(fā)明的AFC(Anti Ferromagnetically Coupled,反鐵磁性耦合)技術(shù)就成功克服了超級順磁現(xiàn)象,使硬盤的存儲密度達(dá)到每平方英寸100GB的級別;而希捷公司正在發(fā)展的SOMA(Self-Ordered Magnetic Arrays,自排列磁體陣列)技術(shù)則可以將硬盤的存儲密度提升至驚人的每平方英寸50TB。毫無疑問,未來磁存儲密度要獲得突破性的發(fā)展,還取決于在納米材料方面的研究成果。
      IBM:AFC技術(shù)
      硬盤是利用磁顆粒的磁性來記錄數(shù)據(jù),由于物理尺寸限制,硬盤的盤片數(shù)量和盤片大小都已標(biāo)準(zhǔn)化,若要提升硬盤的容量,惟一方法就是努力提高磁區(qū)的存儲密度。然而,考慮到磁穩(wěn)定性,磁顆粒同樣不能無限小。任何磁體都會(huì)在受熱溫度提高時(shí)產(chǎn)生磁性減弱的現(xiàn)象,當(dāng)溫度提升到某個(gè)臨界值時(shí),該磁體的磁性則會(huì)完全喪失,這種現(xiàn)象叫做“超順磁”。這一臨界溫度被稱為居里溫度,以紀(jì)念居里夫人的丈夫、物理學(xué)家皮埃爾?居里。要提高密度,磁顆粒就必須變小;而磁顆粒越小,在讀寫過程中受熱升溫現(xiàn)象就越明顯,磁性減弱現(xiàn)象也就越嚴(yán)重。由于超順磁的影響,使得傳統(tǒng)硬盤的存儲密度只能達(dá)到每平方英寸20至40GB左右,相當(dāng)于單碟50GB左右。
      IBM的科學(xué)家們最終找到繞過超順磁的辦法―在盤片上建立多個(gè)磁層。如果一個(gè)磁層可以存儲40GB的數(shù)據(jù),兩個(gè)磁層就可以存儲80GB的數(shù)據(jù),三個(gè)磁層就是120GB。但是要實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)并不容易。就像把兩塊磁鐵放在一起,會(huì)出現(xiàn)互相吸引或者互相排斥的現(xiàn)象。同樣,上下兩個(gè)磁層的磁場也會(huì)如此互相干擾,而這種干擾將使各自存儲的數(shù)據(jù)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)亂。
      AFC技術(shù)的關(guān)鍵就是在硬盤盤片的磁層間添加一層大約0.3nm厚的金屬釕(RU)元素層,它可以讓兩個(gè)相鄰的磁層工作時(shí)互不干擾。因?yàn)檫@個(gè)釕金屬層本身是沒有磁性的,可長久保持最佳的穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)厚度精確的釕金屬層又會(huì)讓每一個(gè)磁體層的磁性以相反方向成對出現(xiàn),兩兩組成相反陣列,最后形成了獨(dú)特的AFC硬盤結(jié)構(gòu)。最終,IBM以AFC技術(shù)巧妙解決了磁層干擾的問題,實(shí)現(xiàn)了更高的存儲密度。
      希捷:SOMA技術(shù)
      雖然AFC技術(shù)提高了存儲密度,但它只能達(dá)到每平方英寸100GB。如果要實(shí)現(xiàn)每平方英寸TB級別的高密度存儲,AFC技術(shù)也無能為力。而希捷公司最新的SOMA技術(shù)可以使磁顆粒的直徑縮小到3nm,實(shí)現(xiàn)未來高達(dá)每平方英寸50TB的驚人存儲密度。
      磁顆粒在制造過程中可自主整齊排列,不會(huì)雜亂無章。鐵鉑就是新一代的磁存儲材料,是鐵元素和鉑元素的結(jié)合體。它的特點(diǎn)是在高溫條件下可以保持很好的磁性,并且表面均勻、排列整齊,制造上比較容易實(shí)現(xiàn)。由于不需要再考慮超級順磁的影響,理論上鐵鉑顆粒的尺寸可以進(jìn)一步縮小。如果鐵鉑顆粒的直徑縮小到6nm,那么硬盤的存儲密度就可以達(dá)到每平方英寸20TB,達(dá)到現(xiàn)有硬盤存儲密度的200倍;而如果該直徑縮小到3nm,那么硬盤的存儲密度將達(dá)到驚人的每平方英寸50TB,相當(dāng)于單碟60TB的超級容量。
      但是,SOMA技術(shù)要變成現(xiàn)實(shí)還需要克服許多困難。第一是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入。由于鐵鉑材料的熱穩(wěn)定性極好,在常溫狀態(tài)下它的磁性極其頑固,使用傳統(tǒng)的磁頭寫入技術(shù)根本無法改變鐵鉑磁顆粒的磁性。希捷公司提出了一種稱為HAMR(Heat Assisted Magnetic Recording,熱輔助磁記錄)的磁寫入技術(shù),這項(xiàng)技術(shù)實(shí)際結(jié)合了磁技術(shù)與激光技術(shù)。將一個(gè)用于加熱的激光頭放入磁頭部件內(nèi)部,利用激光頭射出的激光來加熱待寫入的區(qū)域,等溫度升高后,再以傳統(tǒng)方式改變磁性,寫入數(shù)據(jù)。
      第二個(gè)困難是如何得到環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于開啟硬盤的讀寫模式要求磁道必須為環(huán)狀結(jié)構(gòu),但是鐵鉑顆粒在制造過程中只能自主排列成矩陣形式,不是環(huán)狀結(jié)構(gòu)。希捷公司正在積極努力研究此項(xiàng)技術(shù),預(yù)計(jì)至少10年后才能廣泛應(yīng)用這種高密度存儲方式,因此現(xiàn)在還有充裕的時(shí)間來解決這些問題。
      中國納米信息存儲發(fā)展
      最近,中國科學(xué)院物理研究所和化學(xué)研究所在納米信息存儲材料領(lǐng)域再獲突破。在原來工作的基礎(chǔ)上,他們成功地在H2 Rotaxane分子薄膜中實(shí)現(xiàn)了可逆的電導(dǎo)變化和可擦除、穩(wěn)定的、可重復(fù)使用的接近單分子尺度的納米級存儲。具有以上功能的材料及其在信息存儲中的應(yīng)用是超高密度信息存儲研究的重要方向之一。在過去的10多年里,物理研究所與化學(xué)研究所通過對有機(jī)分子功能基團(tuán)的修飾,控制分子的結(jié)構(gòu)與物性,成功地實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo),其最新研究成果已經(jīng)刊登在《美國化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)志》上了。
      納米線簡介
      納米線為一種具有在橫向上被限制在100nm以下(縱向沒有限制)的一維結(jié)構(gòu)。這種尺度上,量子力學(xué)效應(yīng)很明顯,因此也被稱作“量子線”。根據(jù)組成材料的不同,納米線可分為不同的類型,包括金屬納米線,半導(dǎo)體納米線和絕緣體納米線。
      納米線具有許多在大尺度或三維物體中沒有的有趣性質(zhì)。這是因?yàn)殡娮釉诩{米線中橫向受到量子束縛,能級不連續(xù)。這種量子束縛的特性在一些納米線中(比如碳納米管)表現(xiàn)為非連續(xù)的電阻值。這種分立值是由納米尺度下量子效應(yīng)對通過納米線電子數(shù)的限制引起的,這些孤立值通常被稱為電阻的量子化。另外,納米線還會(huì)體現(xiàn)出大尺度材料更好的機(jī)械性能,在強(qiáng)度和韌度方面都有所加強(qiáng)。
      目前,納米線均在實(shí)驗(yàn)室中生產(chǎn),尚未在自然界中發(fā)現(xiàn)。納米線可以由懸置法、沉積法或者元素合成法制得。
      盡管納米線目前仍處于實(shí)驗(yàn)階段,但是一些早期實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明它們可以被用來制造下一代計(jì)算機(jī)裝置。納米管正在被研究用做彈道波導(dǎo),運(yùn)用于量子點(diǎn)、量子阱效應(yīng)光子邏輯陣列的連線。



    衡陽市金則利特種合金股份有限公司成立于1999年,公司主營耐蝕軟磁合金,為湖南省高新技術(shù)企業(yè)。公司自成立以來,即致力于耐蝕軟磁合金的研發(fā)。公司已具備年產(chǎn)耐蝕軟磁合金8000噸的生產(chǎn)能力。

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