Объем информации, помещавшейся на «трехдюймовую» дискету, составлял 1,44 МБ. В 1995 году жесткий диск компьютера емкостью 2 ГБ казался большим. Сегодня на карманной флешке помещается больше информации, чем на дорогом компьютере десятилетней давности. А объемы жестких дисков уже начали исчислять не в гига-, а в терабайтах.
Каким образом достигается это увеличение? Если не брать экзотические пока технологии, вроде квантового компьютера, пока еще далекие от широкого потребителя, то основной способ прогресса – это повышение плотности записи. В принципе, в основе компьютерной памяти может лежать что угодно, что позволит хранить информацию в двоичном коде. Есть отверстие в бумажной перфокарте или нет, намагничена ячейка в жестком диске или нет, отражается ли стандартным образом лазерный луч с поверхности оптического диска (CD, DVD), есть ли электрический заряд в конденсаторе или в «кармане» полупроводника. Получается чем меньше размер области, куда записывается один бит информации, тем больше таких единичных областей мы сможем разместить на устройстве.
В мая этого года ученые из США и Тайваня разработали новый материал, который позволяет делать намагниченные области на жестком диске компьютера более маленького размера, а значит на пространство диска может быть записано большее количество информации. Материал представляет собой сплав железа и платины с особой кристаллической структурой. В виде тонкой пленки этот сплав наносится на подложку при помощи магнетронного распыления.
Группа исследователей из Университета Гамбурга сделала первый шаг к тому, чтобы использовать для записи данных скирмионы – магнитные вихри размером около одного нанометра. Скирмионы состоят из нескольких атомов, спины которых ориентированы в магнитном поле. Экспериментально их существование было подтверждено совсем недавно – в 2011 году об этом рассказали немецкие физики в статье в журнале Nature. Скирмионы обнаруживаются в тонких магнитных пленках и в некоторых жидких кристаллах. Именно тонкий магнитный слой сплава железа с палладием использовали гамбургские ученые. Они сумели наносить и стирать с него отдельные скирмионы. Малый размер скирмионов может обеспечить повышенную плотность записи. Однако пока для нанесения эти сверхмалых магнитных вихрей требуется сверхнизкая температура (в эксперименте она составляла 4,2 кельвина), так что о промышленной реализации говорить еще рано.
Другой метод разработан в Саутгемптоне. В своей основе он оптический, в чем-то подобный записи на CD. Только на CD лазерный луч отражается от «пита» (ячейки), а в данном случае наночастицы, помещенные в кристалл кварца, поворачивают плоскость поляризации лазерного луча. Чтобы добиться этого эффекта частицу предварительно облучают более мощным лазерным излучением. Сами частицы находятся на расстоянии пять микрометров друг от друга, это значит, что на площади размером с CD можно будет разместить 360 терабайт. Пока же в ходе эксперимента исследователи сумели записать и считать 300 килобайт. Важное достоинство этого носителя – его долговечность. Кристалл кварца с наночастицами может просуществовать века.
В Австралии в качестве носителя информации предложили использовать графен. Основа метода опять оптическая. Оксид графена после облучения лазером меняет коэффициент преломления. Эти изменения на участках графена могут быть считаны другим лазером. Исследователи полагают, что плотность записи составит 200 гигабайт на кубический сантиметр. Это невыдающийся показатель по нашим временам, но австралийские ученые полагают, что совершенствование технологии позволит им добиться куда более высоких результатов.
Наконец, результат, который кажется наиболее интересным. О нем летом сообщил журнал Nature Communications. Речь опять идет о технологии записи оптических дисков. Казалось бы, если количество информации, которая уместится на диске, зависит от размера выжигаемых лазером точек, то делай эти точки всё меньше и меньше. Однако этому мешает дифракционный предел, или предел Аббе, названый в честь немецкого оптика Эрнста Аббе, открывшего это явление еще в 1873 году. Минимальный размер пятна, которое мы можем получить, фокусируя электромагнитное излучение, определяется формулой λ/2n, где λ – длина электромагнитной волны в вакууме, n – показатель преломления среды. То есть ширина пучка лазера не может быть меньше половины длины волны.
Остроумный способ обойти ограничение Аббе нашли австралийские исследователи. Цзунсун Гань, Яою Цао и Минь Гу работает в технологическом университете австралийского города Суинбурн (Swinburne University of Technology), а Ричард Эванс – в отделении наук о материалах и инженерии Государственного объединения научных и прикладных исследований Австралии (CSIRO Materials Science and Engineering). Они предложили использовать не один, а два лазерных луча. Один записывает информацию, второй – блокирует запись. Если записывающий луч имеет круглое сечение, то блокирующий – кольцеобразное, и отверстие в середине кольца меньше дифракционного предела. Если лучи наложить друг на друга, то запись произойдет только в центре пятна. Ученые сумели добиться диаметра записывающего пятна равного приблизительно девяти нанометрам. При реализации такого способа записи на стандартном оптическом диске, туда уместится 5 петабайт, то есть 1000 терабайт информации. Если записать такое количество видео, то общая продолжительность записи будет больше 10 лет.
