路在何方？存储技术进化无止无境

全新记录介质—富士通晶格介质

        2007年1月7日，在美国巴尔的摩举行的磁技术国际会议“JointM M M / Inter mag Conference（M M M-Inter mag 2007）”上，山形富士通与富士通研究所、神奈川科学技术学院重点研究室的益田研究小组共同宣布成功开发出了用于硬盘的晶格介质（Patterned Media），这又是一种提高硬盘记录密度的候选技术。

        富士通研究认为，为了实现密度更高的磁记录，需要采用以人工方式对磁性材料进行规则排列、称为“晶格介质（Patterned Media）”的记录介质。由铝经过阳极氧化而成的氧化铝存在大量纳米级的纳米孔；通过在这些纳米孔中填充磁性金属，就可以实现晶格介质。富士通成功地以25nm间隔在氧化铝上以一维方式排列出了纳米孔，还在填充了磁性体的纳米孔磁性层（纳米孔为随机排列）下方，形成了用于将磁束向记录层集中的软磁性底膜，并利用垂直磁记录头进行记录和读取（图4）。

        同年9月，富士通在一个模拟硬盘盘片的18mm直径晶格介质圆形区域里，用硬盘磁头实现了记录和读取，证明这种技术是切实可行的。晶格介质的制作采用了纳米压印光刻（Nano-Imprint Lithography）方法。首先在铝盘片上涂布光阻剂，然后在光阻剂上压印形成微小孔的图案。接着用蚀刻方法在盘片上形成几nm深的微孔。然后，对铝进行阳极氧化，微孔的深度由此达到了几百nm。最后在孔中填入磁性金属钴。此次使用的介质以100nm间隔、有规则地分布微小磁体。换算成面记录密度，相当于600Gbit/平方英寸。通过记录和读取的波形确认，每个磁体可记录1bit信息。

        富士通表示将继续开发25nm间隔纳米孔晶格介质，届时记录密度将达到1Tbit/平方英寸。理论上，该存储密度可以让3.5寸硬盘的容量达到5TB，2.5寸笔记本硬盘达到1.5TB，1.8寸移动硬盘达到500GB。

硬盘终极形态？—IBM原子硬盘

        即使最高密度的硬盘也要用到约100万个磁原子才能存储1bit的信息，而IBM的Almaden研究中心（位于加州圣何塞）正在研究在一个原子上存储1bit信息的技术，这种技术会让硬盘具备超乎想像的高存储容量。

        磁各向异性是对一种媒体类型保持一个比特的能力的度量，它是下一代垂直记录媒体的最重要的参数。Almaden研究中心的扫描隧道显微镜实验室经理Andreas Heinrich表示，他们已能够测量单一磁原子的相同特性。他们逐个取出单个原子，测量其磁各向异性，并把原子一个挨着另一个排列，观察如何影响第一个原子的磁各向异性，以从中掌握如何开发具有超高数据存储密度的材料的方法。

        IBM的研究人员要在室温下测量不同类型的原子的各向异性，以找到商用硬所需要的稳定、超高密度的材料。Almaden研究中心研究员Cyrus Hirjibehedin指出：“我们下一步将找到一种在特殊表面上由特殊磁分子组合而成的材料，这种材料能够维持其磁方向并能够在各种状态之间切换，因此，我们能够快速地触发它的旋转。我们希望能够在未来几年内展示这样一种稳定的媒体材料。”（图5、图6）

        去年8月，Almaden研究中心宣布得到了显示铁原子磁各向异性高速变化的信息。在实验中，实验室利用IBM开发的特殊扫描隧道显微镜（STM），在氮化铜（CuN）组成的材料表面上形成了铁、锰（Mn）原子逐个间隔排列的结构（图7）。利用氦将其冷却到一定温度时，对铁原子的磁状态进行了观察。Hirjibeheden表示，在之前的研究中，IBM曾以100万个为单位对原子进行观察，得到了平均的磁各向异性信息；今后的研究课题是找出能够使铁的磁各向异性在两个方向上稳定切换的方法。

        IBM宣称，与目前所采用的硬盘技术相比，原子级硬盘至少能够存储1000倍以上的信息。这样的硬盘可以在像iPod大小的设备上存储30000部完整的电影。