Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Graphene Cambridge tiết lộ, vật liệu graphene có thể dùng cho các ổ cứng (HDD) với tốc độ tăng gấp 10 lần so với công nghệ hiện tại.
Tính đến năm 2020 đã có khoảng 1 tỷ TB dung lượng lưu trữ HDD mới được sản xuất và là tiền đề quan trọng cho lộ trình ứng dụng graphene trong công nghệ sản xuất ổ đĩa.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications và là kết quả hợp tác giữa các nhóm nghiên cứu tại Đại học Exeter, Ấn Độ, Thụy Sĩ, Singapore và Mỹ.
HDD lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1950 nhưng chỉ bắt đầu sử dụng làm thiết bị lưu trữ trong máy tính cá nhân từ giữa những năm 1980. Chúng ngày càng trở nên nhỏ hơn về kích thước và chứa được nhiều dữ liệu hơn. Trong khi ổ cứng thể rắn (SSD) đã bắt đầu phổ biến trên các thiết bị di động thì ổ cứng HDD vẫn tiếp tục được sử dụng để lưu trữ file trên desktop, phần lớn là do chi phí sản xuất và giá thành rẻ.
Ổ cứng chứa hai thành phần chính: đĩa cứng và đầu ghi. Dữ liệu được ghi trên đĩa bằng cách sử dụng một đầu từ tính, di chuyển nhanh lên trên chúng khi chúng quay. Không gian giữa đầu ghi và đĩa liên tục giảm để có mật độ lưu trữ cao hơn.
Hiện lớp phủ carbon được sử dụng để bảo vệ đĩa cứng khỏi các hư hỏng cơ học và ăn mòn chiếm đáng kể trong khoảng cách này. Mật độ dữ liệu của ổ cứng đã tăng gấp 4 lần kể từ năm 1990 và độ dày COC đã giảm từ 12,5nm xuống còn khoảng 3nm, tương đương 1TB/inch vuông. Nhưng nhờ vật liệu graphene, số dữ liệu có thể lưu trữ có thể nhân lên gấp 10 lần.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã thay thế COC bằng một hoặc bốn lớp graphene. Sau đó họ thử nghiệm độ ma sát, mài mòn, ăn mòn, ổn định nhiệt và khả năng tương thích của chất bôi trơn. Ngoài độ mỏng ấn tượng, graphene có thể đáp ứng tất cả các đặc tính lý tưởng của lớp phủ HDD về khả năng chống ăn mòn, ma sát thấp, chống mài mòn, độ cứng, khả năng tương thích với chất bôi trơn và độ mịn bề mặt.
Graphene cho phép giảm ma sát gấp đôi và mang lại khả năng chống ăn mòn và mài mòn tốt hơn so với các giải pháp hiện tại. Trên thực tế, một lớp graphene duy nhất có thể làm giảm sự ăn mòn tới 2,5 lần.
Tiến sĩ Anna Ott từ Trung tâm Cambridge Graphene, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu này cho biết: "Việc chứng minh graphene có thể đóng vai trò là lớp phủ bảo vệ ổ đĩa cứng thông thường và đáp ứng được điều kiện của công nghệ HAMR là một kết quả rất quan trọng. Điều này sẽ thúc đẩy hơn nữa sự phát triển của các ổ đĩa cứng mới".
Giáo sư Andrea C. Ferrari, giám đốc trung tâm Cambridge Graphene cho biết thêm: "Công trình này giới thiệu các đặc tính cơ học, chống ăn mòn và mài mòn tuyệt vời của graphene đối với các công cụ từ tính có mật độ lưu trữ cao".
Mật độ dữ liệu của ổ cứng tăng lên gấp 10 lần và tỷ lệ hao mòn giảm đáng kể là những yếu tố quan trọng đảm bảo một ổ cứng có khả năng ghi dữ liệu từ tính bền vững và lâu dài hơn. Các phát triển công nghệ dựa trên vật liệu graphene đang tiến triển theo đúng hướng và hứa hẹn sẽ mở ra một thế giới bền vững hơn.
Tính đến năm 2020 đã có khoảng 1 tỷ TB dung lượng lưu trữ HDD mới được sản xuất và là tiền đề quan trọng cho lộ trình ứng dụng graphene trong công nghệ sản xuất ổ đĩa.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications và là kết quả hợp tác giữa các nhóm nghiên cứu tại Đại học Exeter, Ấn Độ, Thụy Sĩ, Singapore và Mỹ.
HDD lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1950 nhưng chỉ bắt đầu sử dụng làm thiết bị lưu trữ trong máy tính cá nhân từ giữa những năm 1980. Chúng ngày càng trở nên nhỏ hơn về kích thước và chứa được nhiều dữ liệu hơn. Trong khi ổ cứng thể rắn (SSD) đã bắt đầu phổ biến trên các thiết bị di động thì ổ cứng HDD vẫn tiếp tục được sử dụng để lưu trữ file trên desktop, phần lớn là do chi phí sản xuất và giá thành rẻ.
Ổ cứng chứa hai thành phần chính: đĩa cứng và đầu ghi. Dữ liệu được ghi trên đĩa bằng cách sử dụng một đầu từ tính, di chuyển nhanh lên trên chúng khi chúng quay. Không gian giữa đầu ghi và đĩa liên tục giảm để có mật độ lưu trữ cao hơn.
Hiện lớp phủ carbon được sử dụng để bảo vệ đĩa cứng khỏi các hư hỏng cơ học và ăn mòn chiếm đáng kể trong khoảng cách này. Mật độ dữ liệu của ổ cứng đã tăng gấp 4 lần kể từ năm 1990 và độ dày COC đã giảm từ 12,5nm xuống còn khoảng 3nm, tương đương 1TB/inch vuông. Nhưng nhờ vật liệu graphene, số dữ liệu có thể lưu trữ có thể nhân lên gấp 10 lần.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã thay thế COC bằng một hoặc bốn lớp graphene. Sau đó họ thử nghiệm độ ma sát, mài mòn, ăn mòn, ổn định nhiệt và khả năng tương thích của chất bôi trơn. Ngoài độ mỏng ấn tượng, graphene có thể đáp ứng tất cả các đặc tính lý tưởng của lớp phủ HDD về khả năng chống ăn mòn, ma sát thấp, chống mài mòn, độ cứng, khả năng tương thích với chất bôi trơn và độ mịn bề mặt.
Graphene cho phép giảm ma sát gấp đôi và mang lại khả năng chống ăn mòn và mài mòn tốt hơn so với các giải pháp hiện tại. Trên thực tế, một lớp graphene duy nhất có thể làm giảm sự ăn mòn tới 2,5 lần.
Tiến sĩ Anna Ott từ Trung tâm Cambridge Graphene, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu này cho biết: "Việc chứng minh graphene có thể đóng vai trò là lớp phủ bảo vệ ổ đĩa cứng thông thường và đáp ứng được điều kiện của công nghệ HAMR là một kết quả rất quan trọng. Điều này sẽ thúc đẩy hơn nữa sự phát triển của các ổ đĩa cứng mới".
Giáo sư Andrea C. Ferrari, giám đốc trung tâm Cambridge Graphene cho biết thêm: "Công trình này giới thiệu các đặc tính cơ học, chống ăn mòn và mài mòn tuyệt vời của graphene đối với các công cụ từ tính có mật độ lưu trữ cao".
Mật độ dữ liệu của ổ cứng tăng lên gấp 10 lần và tỷ lệ hao mòn giảm đáng kể là những yếu tố quan trọng đảm bảo một ổ cứng có khả năng ghi dữ liệu từ tính bền vững và lâu dài hơn. Các phát triển công nghệ dựa trên vật liệu graphene đang tiến triển theo đúng hướng và hứa hẹn sẽ mở ra một thế giới bền vững hơn.
Theo Genk
