Супервинчестер из магнитных нитей

Российским ученым удалось разработать модель магнитного жесткого диска, на один квадратный сантиметр которого можно записать до 50 терабайт информации. В его основе лежат магнитные нанонити. Об этой разработке читателям «Правды.Ру» рассказывает декан факультета наук о материалах МГУ академик РАН, профессор Юрий Дмитриевич Третьяков.

Я думаю, мне не нужно доказывать вам, что ценность компьютера без жесткого диска весьма сомнительна. Что толку производить сложные вычисления, если потом негде хранить полученные данные! Поэтому с того самого момента, когда появилась первая ЭВМ, люди занялись разработкой такой системы, которая могла бы хранить большие объемы информации, с которой данная машина могла бы работать.

В результате из всех предложенных вариантов наиболее оптимальным оказался магнитный диск — носитель, покрытый слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. Эти диски оказались весьма устойчивыми и надежными, то есть информация может храниться на них достаточно долго, не подвергаясь искажениям, которые связаны с деформацией самого носителя. Сейчас практически на всех компьютерах используются именно магнитные жесткие диски (жесткими их называют потому, что ферромагнитное покрытие наносится на жесткие алюминиевые или стеклянные пластины).

Не буду углубляться в историю создания этих носителей, однако напомню, что первый жесткий диск современного типа, то есть устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи, было сконструировано еще в 1956 году. Это чудо техники называлось IBM 350, оно функционировало в составе первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Данный накопитель занимал ящик размером с большой холодильник и имел вес 971 кг. При этом общий объем памяти 50 вращавшихся в нем покрытых чистым железом тонких дисков диаметром 610 мм составлял примерно 3,5 Мб.

Эта «первая ласточка» и определила дальнейшую эволюцию данного типа носителя. Ученые поняли, что для удобства использования физический объем устройства следует сократить, а объем памяти, наоборот, увеличить. Дальнейшие разработки привели к тому, что к началу нынешнего века все стандартные накопители стали весьма компактными — их ширина равна 3,5 дюйма (для стационарных компьютеров и серверов) или 2,5 дюйма (для ноутбуков).

Максимальная же емкость достигла 3 терабайт — такой диск был выпущен компанией Seagate в ноябре 2010 года.

После этого наступило некоторое затишье. Казалось бы, дальше продвинуться в этом направлении невозможно, придется увеличивать физический объем носителей. Однако российские ученые недавно доказали, что это не так.

Недавно им удалось разработать модель жесткого диска, который, оставаясь достаточно небольшим, сможет вместить себя в десятки раз больше информации, чем любая модель, существующая ныне. Об этой разработке корреспонденту «Правды.Ру» рассказал доктор химических наук, профессор, академик РАН, лауреат Государственной премии РФ, декан факультета наук о материалах МГУ, заведующий кафедрой неорганической химии химического факультета МГУ Юрий Дмитриевич Третьяков:

«Около десяти лет назад мы начали исследования, которые были направлены на создание магнитных систем памяти. Вам, наверное, известно, что подобные системы существовали и раньше, однако они страдали определенными недостатками. Они были связаны с размером отдельных элементов этой сложной системы. Они достаточно громоздки, и с этим ничего вроде бы и поделать нельзя — вы не сможете сохранить материал в ферромагнитном состоянии, если будете уменьшать размер составляющих его элементов.

Поясню поподробнее. Любой специалист скажет вам, что если начать делить функциональный магнит на части, а их, в свою очередь, на еще более мелкие части, то в конце концов он перейдет из ферромагнитного состояния в так называемое суперпарамагнитное. Находясь в нем, материал не может быть использован как носитель информации. Вот в этом-то и заключается дилемма — как создать жесткий диск маленького размера, но при этом с большой емкостью?

Однако оказалось, что можно избежать потери ферромагнитного состояния материалом. Для этого нужно создать систему магнитных нитей, которые имеют малый диаметр и относительно большую длину, то есть, говоря научным языком, обладают анизотропией формы. Что ж, теоретически это легко представить, но вот как реализовать идею на практике?

Это удалось сделать моим молодым коллегам (самый старший из них — профессор Лукашин, которому еще не исполнилось 34 лет). Кстати, в прошлом году он защитил докторскую диссертацию, которая была посвящена созданию материалов, состоящих из множества магнитных нанонитей. Чтобы их получить, он использовал так называемые мезопористые материалы на основе алюмосиликатов.

Эти материалы, надобно заметить, имеют своеобразную структуру. Они все пронизаны тончайшими каналами, которые можно использовать как некую матрицу для создания магнитной системы нанонитей. Задача заключалась лишь в том, как заполнить эти каналы магнитными нитями. Если удастся это сделать, можно считать, что винчестер, обладающий колоссальной магнитной памятью, уже сделан.

Для того чтобы осуществить это на практике, были использованы разные приемы. Например, мои коллеги применили вещества под названием карбонилы железа (они не очень известны широкой публике, поскольку все они весьма опасны для здоровья людей). Правда, в данном случае технология была рассчитана на то, чтобы избежать всех неприятностей, которые они могут причинить. В конце концов удалось добиться того, что из этих карбонилов сформировались нанонити внутри каналов мезопористого материала.

Кстати, сразу хочу сказать, что не мы первые начали работать с мезопористыми структурами. Вообще-то, их открыли американцы. Однако они пользовались ими лишь для создания системы катализаторов, то есть в эти каналы вводился определенный компонент, способный влиять на скорость химической реакции. Ну, а мы пошли несколько по другому пути. В науке так часто бывает — кто-то изобретает, например, материал, а потом другие находят все новые и новые возможности его использования.

В результате моим коллегам удалось создать первые опытные образцы принципиально новых типов магнитных дисков. Уже прошли испытания, они доказали большую эффективность данных носителей. Доказано, что наша разработка позволяет на порядок повысить плотность записи. К примеру, на одном квадратном сантиметре нашего носителя может быть записано до 50 терабайт информации! При этом нет нужды изменять традиционную форму жесткого диска, которая применяется во всех компьютерах. Так что, как видите, по физическому объему это устройство достаточно небольшое.

Сразу хочу сказать, что у нас нет одного конкретного образца, уже готового к внедрению в массовое производство, есть несколько вариантов. Конечный вариант будет зависеть от конкретного заказа от заинтересованного производственника. Однако пока к нам таковых не поступало. А сами мы не можем наладить подобное производство.

Дело в том, что, к сожалению, МГУ — это не то место, где можно в крупных масштабах воспроизвести ту или иную технологию. На это нет ни денег, ни других материальных средств. Так что сейчас мы пытаемся найти выходы на тех самых производственников, кто сможет наладить производство этих носителей в промышленных масштабах. Однако пока мы не видим каких-либо потенциальных инвесторов среди организаций, например, или просто людей.

И это досадно, ведь, кажется, мне удалось доказать, что данное изобретение способно устроить революцию в сфере компьютерных технологий.

Использование нашего носителя также могло бы сократить технологический разрыв, который, к сожалению, еще существует между Россией и странами Запада и Дальнего Востока. Перспективы его использования огромны. Но вот как убедить в этом тех, кто может вложить деньги в этот проект?»

Что ж, похоже, в мире намечается настоящий прорыв в компьютерных технологиях. Мне очень приятно, что у его истоков стоит разработка, осуществленная российскими учеными. И весьма обидно, что до сих пор в нашей стране она не может быть сразу же запущена в производство. Но, может быть, все-таки удастся в ближайшее время создать жесткий диск на ее основе?

Антон Евсеев