Το γραφένιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σκληρούς δίσκους υψηλής πυκνότητας (HDD), με έως και δεκαπλάσιο άλμα σε σύγκριση με τις τρέχουσες τεχνολογίες, έδειξαν ερευνητές στο Cambridge Graphene Center.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με ομάδες του Πανεπιστημίου του Έξετερ, της Ινδίας, της Ελβετίας, της Σιγκαπούρης και των ΗΠΑ.
Οι HDD δίσκοι εμφανίστηκαν για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1950, αλλά η χρήση τους ως συσκευών αποθήκευσης σε προσωπικούς υπολογιστές απογειώθηκε μόνο από τα μέσα της δεκαετίας του 1980. Έχουν γίνει όλο και μικρότερες σε μέγεθος και πυκνότερες όσον αφορά τον αριθμό των αποθηκευμένων byte. Ενώ οι μονάδες στερεάς κατάστασης είναι δημοφιλείς για φορητές συσκευές, οι σκληροί δίσκοι συνεχίζουν να χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση αρχείων σε επιτραπέζιους υπολογιστές, κυρίως λόγω του ευνοϊκού κόστους παραγωγής και αγοράς.
Οι σκληροί δίσκοι περιέχουν δύο βασικά συστατικά: πιατέλες και κεφαλή. Τα δεδομένα γράφονται στις πιατέλες χρησιμοποιώντας μαγνητική κεφαλή, η οποία κινείται γρήγορα πάνω τους καθώς περιστρέφονται. Ο χώρος μεταξύ κεφαλής και πιατέλας μειώνεται συνεχώς για να επιτρέψει υψηλότερες πυκνότητες.
Επί του παρόντος, τα επικαλύμματα με βάση τον άνθρακα (COCs) – στρώματα που χρησιμοποιούνται για την προστασία των πλακών από μηχανικές ζημιές και διάβρωση – καταλαμβάνουν σημαντικό μέρος αυτού του διαστήματος. Η πυκνότητα δεδομένων των HDD δίσκων τετραπλασιάστηκε από το 1990 και το πάχος COC μειώθηκε από 12,5 nm σε περίπου 3 nm, το οποίο αντιστοιχεί σε ένα terabyte ανά τετραγωνική ίντσα. Τώρα, το γραφένιο επέτρεψε στους ερευνητές να το πολλαπλασιάσουν με δέκα.
Οι ερευνητές του Cambridge έχουν αντικαταστήσει τα εμπορικά COC με ένα έως τέσσερα στρώματα γραφενίου και έχουν δοκιμάσει τριβή, φθορά, διάβρωση, θερμική σταθερότητα και συμβατότητα λιπαντικών. Πέρα από την ασυναγώνιστη λεπτότητά του, το γραφένιο πληροί όλες τις ιδανικές ιδιότητες ενός πανωφόρου HDD όσον αφορά την προστασία από τη διάβρωση, τη χαμηλή τριβή, την αντοχή στη φθορά, τη σκληρότητα, τη συμβατότητα με λιπαντικά και την ομαλότητα της επιφάνειας.
Το γραφένιο επιτρέπει τη διπλή μείωση της τριβής και παρέχει καλύτερη διάβρωση και φθορά από τις προηγμένες λύσεις. Στην πραγματικότητα, ένα μόνο στρώμα γραφενίου μειώνει τη διάβρωση κατά 2,5 φορές.
Οι επιστήμονες του Cambridge μετέφεραν το γραφένιο σε HDD δίσκους από σίδηρο-πλατίνα ως μαγνητικό στρώμα εγγραφής και δοκίμασαν τη μαγνητική εγγραφή με υποβοήθηση θερμότητας (HAMR) – μια νέα τεχνολογία που επιτρέπει την αύξηση της πυκνότητας αποθήκευσης θερμαίνοντας το στρώμα εγγραφής σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι τρέχουσες COC δεν αποδίδουν σε αυτές τις υψηλές θερμοκρασίες, αλλά το graphene έχει. Έτσι, το γραφένιο, σε συνδυασμό με το HAMR, μπορεί να ξεπεράσει τους τρέχοντες σκληρούς δίσκους, παρέχοντας μια άνευ προηγουμένου πυκνότητα δεδομένων, μεγαλύτερη από 10 terabyte ανά τετραγωνική ίντσα.
“Η απόδειξη ότι το γραφένιο μπορεί να χρησιμεύσει ως προστατευτική επίστρωση για συμβατικούς σκληρούς δίσκους και ότι είναι σε θέση να αντέξει τις συνθήκες HAMR είναι ένα πολύ σημαντικό αποτέλεσμα. Αυτό θα ωθήσει περαιτέρω την ανάπτυξη νέων σκληρών δίσκων υψηλής πυκνότητας περιοχής“, δήλωσε η Δρ Anna Ott από το Cambridge Graphene Center, μια από τους συν-συγγραφείς αυτής της μελέτης.
Ένα άλμα στην πυκνότητα δεδομένων των HDD δίσκων κατά έναν παράγοντα δέκα και μια σημαντική μείωση του ποσοστού φθοράς είναι κρίσιμα για την επίτευξη πιο βιώσιμης και ανθεκτικής μαγνητικής καταγραφής δεδομένων. Οι τεχνολογικές εξελίξεις με βάση το Graphene εξελίσσονται σωστά προς έναν πιο βιώσιμο κόσμο.
Ο καθηγητής Andrea C. Ferrari, Διευθυντής του Cambridge Graphene Center, πρόσθεσε: “Αυτή η εργασία παρουσιάζει τις εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, αντίσταση στη διάβρωση και στη φθορά του γραφενίου για μαγνητικά μέσα εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας αποθήκευσης. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το 2020, παρήχθη περίπου 1 δισεκατομμύριο terabytes νέας αποθήκευσης σκληρού δίσκου, αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν μια διαδρομή για μαζική εφαρμογή γραφενίου σε τεχνολογίες αιχμής“.
Επιστημονικό Άρθρο:
N. Dwivedi, A. K. Ott, K. Sasikumar, C. Dou, R. J. Yeo, B. Narayanan, U. Sassi, D. De Fazio, G. Soavi, T. Dutta, O. Balci, S. Shinde, J. Zhang, A. K. Katiyar, P. S. Keatley, A. K. Srivastava, S. K. R. S. Sankaranarayanan, A. C. Ferrari, C. S. Bhatia, Graphene overcoats for ultra-high storage density magnetic media, Nature Communications, 2021
