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科學家研發「石墨烯硬碟」,可以將資料儲存密度提高 10 倍!

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石墨烯硬碟 圖摘自網路

石墨烯硬碟 圖摘自網路

石墨烯硬碟


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。多年來,機械硬碟行業發展一直停滯不前,價格卻居高不下。

石墨烯硬碟 圖摘自網路
石墨烯硬碟 圖摘自網路

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!

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。

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。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。

石墨烯結構 圖摘自網路
石墨烯結構 圖摘自網路

現時的硬碟裡,是以碳基物料(COC)來包裹著磁盤,而 HDD 裡就會置放複數的磁盤來儲存數據,簡單來說就是 HDD 裡愈多磁盤,容量愈多。為了在有限的空間裡擺多最多磁盤,這包裹物料也愈弄愈薄,在 90 年代時就已經能做到 3 微米的薄度,才讓 HDD 達到今天有每平方英寸 1TB 的容量。

今天研究員就是在碳基物料著手,利用石墨烯更耐熱的特性,以名為 HAMR 的熱輔助磁記錄技術來提升每片磁盤的容量。這技術是在 2006 年就由富士通開發出來,但因為 COC 不耐熱而出現瓶頸,而石墨烯就正正能在高溫下仍然能用。石墨烯和 HAMR 的組合,據指可以讓 HDD 的儲存空間提升 4 至 10 倍。

不過在容量的提升外,石墨烯還讓磁盤的耐用度增加了 2.5 倍,因為同時也能減少磨擦和蝕損。總的來說,這都是對於長期、大量儲存需要的領域所期望的,特別是雲端儲存業界,這技術能協助他們減少更換硬碟的成本。

電子顯微鏡下石墨烯薄片,石墨烯由碳原子形成的原子尺寸蜂巢晶格結構。

電子顯微鏡下石墨烯薄片
電子顯微鏡下石墨烯薄片

自 2004 年石墨烯被發現後,其應用都能為我們現有的技術帶來突破,像是能成為更有效的濾水物料、殺死癌細胞的工具等。不過要真正看到石墨烯進入我們消費級產品之上,似乎還需要多點時間。

其他閱讀:什麼是『石墨烯』

資料來源:科技網路

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