科學家研發「石墨烯硬碟」,將資料儲存密度提高 10 倍!

hard disk
硬碟示意圖,非文中所述石墨烯硬碟。

【我們為什麼挑選這篇文章】硬碟容量愈來愈大!近日,科學家研究出「石墨烯硬碟」,透過將傳統碳基塗層換成石墨烯的方式,讓材料更薄,降低磁頭與磁盤的距離,提升資料密度。石墨烯硬碟的資料密度可達每平方英吋 10 TB,約傳統硬碟的 10 倍,若成功商用,對硬碟市場將是個震撼彈。(責任編輯:郭家宏)

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作者:量子位

你的硬碟又漲價了嗎?

多年來,機械硬碟行業發展一直停滯不前,價格卻居高不下。

儘管現在固態硬碟用得相當廣泛,但機械硬盤在運算領域仍然佔有一席之地。

硬盤的儲存容量當然在不斷增加,但隨著我們的媒介需求越來越大,我們需要能夠儲存更大數據量的硬碟。

那麼到底能不能再提高硬碟的儲存能力呢?

最近,劍橋大學石墨烯中心的研究人員發現:

石墨烯可用於超高密度的硬碟驅動器,與當前技術相比,每平方英吋數據儲存量可以從目前的 1 Tb 提高到 10 Tb。

這意味著容量提高了十倍啊!

該研究已經發表在 Nature Communications 上,是劍橋大學與埃克塞特大學、印度 CSIR-先進材料與工藝研究所、EPFL、新加坡國立大學和美國阿貢國家實驗室的團隊合作進行的。

下面,我們先來看看石墨烯怎麼用於機械硬碟的?

磁頭與磁盤的距離,是硬碟資料密度的關鍵

HDD(硬碟驅動器)最早出現在 1950 年代,但它們在個人電腦中作為儲存設備的使用直到 1980 年代中期才開始興起。

硬碟包含兩個主要部分:磁盤和磁頭。

數據是透過磁頭寫在磁盤上的,當磁盤旋轉時,磁頭會在磁盤上方每分鐘幾千轉快速移動,磁頭就可以定位在磁盤的指定位置上,進行數據的讀寫操作。

因此,磁頭和磁盤之間的空間大小決定了硬碟的儲存密度。

那中間的空間大小是什麼呢?

中間的層名叫碳基塗層(COC),它是碳基材料,可以用於保護磁盤免受機械損壞和腐蝕。

自 1990 年以來,HDD 的數據密度已經翻了兩倍,數據密度每平方英吋已達到 1 TB,相應的碳基塗層的厚度已經從 12.5 nm 減少到 3 nm 左右。

如果還想進一步提高數據密度的呢?就得考慮還有什麼材料能再薄。

要說薄,石墨烯可是具有無與倫比的薄度。

此外,石墨烯還具備防腐蝕、低摩擦、耐磨性、硬度強、潤滑劑兼容性和表面光滑度方面的所有理想特性。

所以,劍橋的研究人員用一到四層石墨烯代替了傳統的商業碳基塗層。

將傳統碳基塗層換成石墨烯,數據密度達到每平方英吋 10 TB

多說無益,看看實際效果如何?

研究人員將石墨烯轉移到由鐵鉑製成的硬碟上作為磁記錄層,並測試了熱輔助磁記錄(HAMR)。

HAMR 可以將記錄層加熱到更高的溫度,來增加儲存密度,使數據位更小,更緊密地排列在一起,同時還能保持穩定。

在 2020 年 2 月,昭和電工(SDK)公佈了下一代全新磁性薄膜,由鐵-鉑(Fe-Pt)合金製成薄膜磁性層,與 HAMR 技術相結合,可以將數據密度提高到每平方英吋 6 TB。

看看,這就是結合 HAMR 技術的威力。

此外,當前的碳基塗層在這些高溫下無法發揮作用,但石墨烯可以。

研究人員表示,單個石墨烯層可將腐蝕降低 2.5 倍。

因此,基於四層石墨烯的 COC 與其他創新技術結合使用,如 HAMR 和位元圖案化磁記錄(BPM),可以遠勝過當前的 HDD。

最終給出的數據密度也的的確確破了紀錄,每平方英吋的數據密度驚人地超過 10 TB。

石墨烯硬碟目前仍是概念,尚未商用化

為什麼又是石墨烯搞出了新聞?

有網友評論:

「因為它是石墨烯!電子工業中永遠難以捉摸的元素,所有問題的解決方案。」

好吧,這解釋的確簡單粗暴。

還有網友表示:坐等石墨烯以後成為儲存行業的主流。

該研究的作者,劍橋石墨烯中心的 Anna Ott 博士說:

「證明石墨烯可以作為傳統硬碟驅動器的保護塗層,並且能夠承受 HAMR 條件是非常重要的,這將進一步推動新型高密度硬碟驅動器的發展。」

劍橋石墨烯中心主任 Andrea C. Ferrari 教授也補充說:

「這項工作展示了石墨烯可以用於超高儲存密度磁介質的優異機械、腐蝕和耐磨性能。」

2020 年,HDD 儲存容量大約為 10 億 TB ,如果都能換成石墨烯,真是潛力無限。

這一次在數據儲存領域,「新材料之王」石墨烯再一次證明了它的神奇。

雖然在之前有很多石墨烯產品是在炒概念,但希望這一次不僅是概念,讓我們期待石墨烯儲存走進我們的生活吧!

畢竟誰不想自己的硬碟容量大 10 倍呢?

參考連結

University of Cambridge》、《Tech Enclave》、《Reddit》、《Über Gizmo

(本文經 AI 新媒體量子位 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈石墨烯可将硬盘容量提高十倍,剑桥在 Nature 子刊发表最新研究 〉。首圖來源:Pixabay CC Licensed

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