Жестким дискам все время не хватает емкости. Большинство методов, используемых в серийной продукции, имеет практический предел в несколько сот гигабит на один квадратный дюйм – этот результат достигнут благодаря технологии перпендикулярной записи. Чтобы преодолеть кризис в повышении емкости жестких дисков, исследователи постоянно ищут новые способы хранения данных – от голографии до молекулярных полимеров. Инженерам из Hitachi удалось продуктивно скомбинировать уже известные технологии и показать отличные результаты не в теоретической работе, а на лабораторном макете.

Современные жесткие диски, как устройства с магнитным носителем информации, имеют ряд существенных физических ограничений. Так, при тесном расположении фрагментов записи появляется эффект суперпарамагнетизма, из-за которого при записи в одну ячейку меняется содержимое соседних ячеек.

Чтобы не «тревожить» соседние ячейки, инженеры пытаются использовать материалы с высоким сопротивлением перемагничиванию при обычной температуре – такой носитель не меняет содержимого ячеек, если записывать только в предварительно подогретый участок поверхности. Этот способ носит название TAR (Thermally-Assisted magnetic Recording). Нагрев также помогает ускорить процесс записи, но требует очень высокого качества поверхности – только материалы с мельчайшей зернистостью обеспечивают необходимые свойства без быстрого нагрева соседних областей.

Метод под названием BPR (Bit-Patterned Recording) предусматривает создание на поверхности диска так называемых «магнитных островов» с помощью технологии литографии. Эти «острова» не дают магнитным зарядам, несущим информацию, уйти в соседние ячейки во время записи, так что эффект суперпарамагнетизма не может повлиять на соседние участки.

Каждый из упомянутых двух методов по отдельности не дает серьезного прироста в плотности записи – практический предел для каждого способа составляет порядка двух-трех гигабит на квадратный дюйм. Алгоритм TAR ограничен доступностью мелкозернистых материалов и технологиями нагрева/охлаждения, а метод BPR требует использования записывающих головок размером не более «магнитных островов» с данными.

Сочетание методов BPR и TAR помогло решить проблемы каждого из методов. «Магнитные острова» BPR устранили потребность в мелкозернистых материалах, а метод TAR обеспечил запись только в нагретую ячейку, что помогло снять проблему с точным размером головки. Комбинация двух методов позволила создать систему записи, которая может размещать информацию в крохотных участках относительно недорогих носителей без ущерба для соседних фрагментов данных.

Опытный образец нового жесткого диска направляет луч лазера по волноводу к плазмонной антенне, которая и производит запись. Когда луч лазера достигает антенны, энергия света преобразуется в заряд. Антенна имеет форму буквы «E», где верхняя и нижняя перекладины служат направляющими, а средняя короткая перекладина выполняет роль излучателя и концентрирует заряд на небольшом участке поверхности.

Размер излучателя составляет около 20-25 нанометров, а расстояние между дорожками - 24 нанометров. Эффективность передачи заряда из волновода на антенну составила около 40%, но доля ошибок оказалась совсем невелика, а скорость записи в экспериментах достигла 250 мегабит в секунду.

Авторы утверждают, что их технология без радикальных изменений может обеспечить теоретический предел плотности в 10 терабит на квадратный дюйм. Также авторы считают, что открытые ими технологии и методики могут найти применение не только в жестких дисках, но и в литографии, биосенсорах и в манипуляциях с объектами нанометрового масштаба.