Ultraszybki zapis danych na krysztale granatu - polski wynalazek

„Ultraszybki zimny zapis fotomagnetyczny w przezroczystym medium” – to rewolucyjny wynalazek naukowców z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku, a zarazem tytuł ich pracy naukowej opublikowanej w Nature. To zupełnie nowa metoda zapisu danych, która w porównaniu do tych stosowanych obecnie cechuje się tysiąc razy większą szybkością i wielokrotnie mniejszym zużyciem energii. Rozwiązuje kilka problemów za jednym razem.

20 pikosekund (a pikosekunda to bilionowa część sekundy) – tyle czasu wystarczy, by zapisać trwale 1 bit danych przy użyciu nowej metody opracowanej przez polskich naukowców. To może mówić niewiele, ale sprawę załatwia dodanie informacji, że zanim jakakolwiek inna wykorzystywana dziś pamięć zapisze taką samą ilość danych, to Polacy będą mieli utrwalony już cały kilobit. Szybko? I to jak!

Jednak nie tylko szybkością imponuje ten wynalazek, ale też niezwykle niskim zużyciem energii. Jest tak między innymi dlatego, że nie jest wymagany jakikolwiek układ chłodzenia. Jest zupełnie niepotrzebny, bo w miejscu, w którym bit jest zapisywany, nośnik rozgrzewa się zaledwie o 1 stopień Celsjusza. Odczyt jest zaś dokonywany w stu procentach optycznie. O tym, jakie to ważne, najlepiej informuje fakt, że dzisiaj 5 proc. światowej energii elektrycznej pochłaniają centra przetwarzania danych.

Innowacyjna metoda zapisu danych jest efektem prac polsko-holenderskiego zespołu, na czele którego stanęli dwaj naukowcy z Uniwersytetu w Białymstoku – Andrzej Stupakiewicz i Krzysztof Szerenos. Odkryli oni, że idealnym podłożem do zapisu danych będzie kryształ granatu (jest to rodzaj krzemianowego minerału), a konkretnie itrowo-żelazowego granatu z domieszką kobaltu, wapnia i germanu. 

Cudowny – jak się okazało – materiał nadaje się doskonale do zapisywania danych po tym, jak zostanie spreparowany w silnym polu elektromagnetycznym. W krysztale umieszczone zostały pochłaniające światło podczerwone jony kobaltu, które odpowiednio pobudzane zapewniają zmianę orientacji w domenach magnetycznych. Wykorzystuje się w tym celu spolaryzowany pojedynczy impuls światła lasera. Przy jego pomocy możliwe jest osiągnięcie trwałego zapisu zero-jedynkowego. Konkretne informacje pozostają tajemnicą, jako że naukowcy starają się jeszcze o patent.

Choć pamięć magnetyczna jest z nami od wielu już dekad, postęp w tym temacie należy określać jako raczej niewielki. Wciąż opieramy się na starej zasadzie, której rdzeniem jest kodowanie zer i jedynek za pomocą głowicy przesuwającej się nad nośnikiem. Inżynierowie z różnych części świata eksperymentowali ze zmianą rodzaju nośnika czy sposobem prowadzenia głowicy, ale nawet jeśli prędkość zapisu i odczytu się zwiększała, to podstawowe problemy pozostawały bez zmian. Same prędkości zresztą też nie były rewelacyjne, bo wciąż konieczna była bieżąca zamiana energii elektrycznej na magnetyczną.

Swego rodzaju rewolucją było wprowadzenie pamięci MRAM, czyli magnetorezystywnych. Wyeliminowały one elementy mechaniczne, ale wciąż potrzebowały prądu do zapisu danych, który skutecznie uniemożliwiał uzyskanie wysokich prędkości (a do tego zwiększał wytwarzanie ciepła). I tu wreszcie pojawia się wynalazek Polaków, którzy postawili na światło.

Badania nad warstwami granatu fizycy z Białegostoku rozpoczęli już wiele, wiele lat temu i musiało minąć sporo czasu, zanim zdołali udowodnić, że był to dobry kierunek. Zarażenie kolejnych naukowców tą pasją nie było już raczej trudne, biorąc pod uwagę to, czego zdołali dokonać. Ale czy to wszystko nie jest zbyt piękne, by mogło być prawdziwe? Otóż, są też oczywiście pewne minusy, takie jak chociażby dość przeciętna gęstość zapisu. No i czas…

Nie czas zapisu, ale czas potrzebny na dokończenie prowadzonych prac. Naukowcy przyznają, że potrzebują jeszcze około pięciu lat na opracowanie gotowego prototypu. Produkcja natomiast nie wystartuje najpewniej prędzej niż po upłynięciu dekady, licząc od dzisiaj. To jednak musi tyle trwać – nawet firmy mające ogromne zaplecze, takie jak Seagate, dopiero teraz pokazują dysk HAMR, który w podstawowym zakresie opracowany został ponad dziesięć lat temu.

Nie to kiedy, lecz czy w ogóle wynalazek Polaków ujrzy światło dzienne, w dużej mierze zależy też od tego, czy pojawią się na jego rozwój pieniądze. Wstępne etapy były finansowane przez Narodowe Centrum Nauki, ale teraz naukowcy najpewniej będą musieli znaleźć inne źródło. Publikacja w Nature (i to – co warto podkreślić – zaledwie pół roku po przesłaniu pracy) bez wątpienia może okazać się pomocna. Pozostaje więc żywić nadzieję, że kolejna rewolucja na rynku pamięci masowej rozpocznie się w Polsce.

Źródło: Nature, Wyborcza, Intel IQ. Foto (1,2,3): Wydział Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku