Naukowcy badają tajemnice struktur magazynowania danych
Naukowcy poznali, jak dokładnie przechowywane są dane na płytach DVD i podobnych nośnikach. Odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Nature Materials, mają pomóc w opracowaniu łatwo dostępnych nośników pamięci o większej pojemności i dłuższej żywotności. Nośniki magazynujące wielokrotnego zapisu o dużej gęstości, takie jak DVD-RAM (cyfrowy dysk ogólnego przeznaczenia - pamięć o dostępie swobodnym), DVD-RW (cyfrowy dysk ogólnego przeznaczenia - wielokrotnego zapisu), płyta Blu-ray czy RAM (pamięć o dostępie swobodnym) komputera osobistego są od kilku lat w powszechnym użyciu. Wszystkie te systemy bazują na zapisie zmienno-fazowym. W przypadku płyt DVD dane są magazynowane jako "bity" w cienkiej warstwie stopu składającego się z wielu pierwiastków o grubości poniżej 100 nanometrów (nm). Bity występują w dwóch odmianach lub fazach - uporządkowanej fazie "krystalicznej" i nieuporządkowanej fazie "amorficznej". Bit może zostać przełączony z jednej fazy na drugą w zaledwie ułamku sekundy za pomocą impulsu laserowego. Lasery są również wykorzystywane do odczytu danych zmagazynowanych na płycie, bowiem dwa stany cechują się odmiennymi współczynnikami odbicia. Płyty DVD-RAM i Blu-ray posiadają warstwę magazynowania danych typu GST. Litery GST oznaczają pierwiastki, z których składa się warstwa, a mianowicie german (Ge), antymon (Sb) i tellur (Te). Z kolei płyty DVD-RW wykorzystują stopy AIST, które są zbudowane z niewielkich ilości srebra (Ag) oraz indu (In), antymonu (Sb) i telluru (Te). Mimo powszechności nośników wykorzystujących systemy magazynowania GST i AIST niewiele wiadomo na temat tego, co się w nich dzieje na poziomie atomowym, kiedy bity przełączają się z jednej fazy na drugą. W ramach ostatnich badań naukowcy z Finlandii, Japonii i Niemiec przeanalizowali funkcjonowanie systemu magazynowania danych typu AIST. Zespół wykorzystał dane eksperymentalne i widma rentgenowskie japońskiego ośrodka synchrotronu SPring-8, który posiada najsilniejsze na świecie źródło promieniowania rentgenowskiego. Informacje zostały uzupełnione o szereg symulacji opracowanych przy wykorzystaniu superkomputera JUGENE w Forschungszentrum Jülich w Niemczech. Analizy pokazały, że w stopach AIST zmiana fazy rozpoczyna się na zewnątrz bitu, tam gdzie jest on połączony z otoczeniem krystalicznym, w kierunku do wewnątrz. Zdaniem zespołu działa tutaj "model wymiany wiązań". Kiedy bit jest stymulowany przez laser, atomy antymonu w bicie zamieniają siłę swoich wiązań z dwoma sąsiadującymi. Zmiana fazy w magazynowaniu AIST odbywa się zatem zupełnie inaczej niż w GST, co naukowcy wyjaśnili w ramach wcześniejszych badań. W przypadku GST amorficzny bit krystalizuje się za pośrednictwem nukleacji. Inaczej mówiąc zmiana zaczyna się w środku bitu i rozchodzi się, aż obejmie cały bit. W systemach GST obydwie fazy charakteryzują się grupami atomów ułożonych "ABAB" w kształcie pierścienia, gdzie "A" to german lub antymon, a "B" to tellur. Struktura zawiera wystarczającą ilość wolnej przestrzeni, aby atomy mogły zmieniać swój układ bez zrywania zbyt wielu wiązań atomowych. "Obydwie rodziny stopów zawierają antymon i tellur i wydają się mieć wiele wspólnego, aczkolwiek mechanizmy zmiany fazy są całkowicie odmienne" - zauważa dr Robert Jones z Forschungszentrum Jülich. Zdaniem zespołu obliczenie struktury fazy amorficznej AIST jest największym jakie przeprowadzono w tej dziedzinie badań. Zespół wykorzystywał około 4.000 procesorów superkomputera JUGENE przez okres 4 miesięcy.Więcej informacji: Forschungszentrum Jülich: http://www.fz-juelich.de/(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Nature Materials: http://www.nature.com/naturematerials(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
Kraje
Niemcy, Finlandia, Japonia