Schallwellen können die Festplatten der Zukunft macht.

Mit erstaunlicher Geschwindigkeit wächst unser Bedürfnis, Daten zu speichern. Eine geschätzte 2,7 Zettabyte (2,7²¹) Daten sind derzeit weltweit, das entspricht mehreren Billionen Bytes für jeden der 7 Milliarden Menschen auf der Erde statt. Auf diese Daten zugreifen, schnell und zuverlässig ist für uns wichtig, nützliche Dinge zu tun – das Problem ist, unsere aktuellen Methoden des Tuns so viel zu langsam sind.

Herkömmliche Festplatten verschlüsseln Daten magnetisch auf drehenden Scheiben, aus denen die Daten von einem Sensor, die über seine Oberfläche scannt gelesen werden, da es schnell dreht. Ihre beweglichen Teile stellen das Potenzial für mechanische Ausfälle und schränkt die Geschwindigkeiten möglich. Dies verlangsamt alles.

Viel schneller sind Solid-State-Speicher-Devices, die keine mechanischen Teile und speichern Daten als winzige elektrische Ladungen. Die meisten modernen Laptops, alle modernen Smartphones und Digitalkameras und viele andere Geräte nutzen diese Technologie – auch bekannt als Flash-Speicher. Jedoch während Solid-State-Geräte viel schneller sind haben eine viel kürzere Lebensdauer als Festplatten, bevor Sie zu unzuverlässig, und sind sehr viel teurer. Und trotz ihrer Geschwindigkeit, sie sind immer noch weit langsamer als die Geschwindigkeit, mit welcher Daten Reisen zwischen den anderen Komponenten eines Computers, und so noch als Bremse für das System als Ganzes handeln.

Ideal wäre ein Solid-State-Laufwerk, das Daten magnetisch kodiert. IBM ist eine Variante, bekannt als Rennstrecke Speicher entwickelt. Dies nutzt Sammlungen der winzige Nanodrähte hunderte Mal dünner als ein menschliches Haar. Daten als Zeichenfolgen von Einsen und Nullen entlang der Nanodraht magnetisch codiert, aber obwohl es wesentlich schneller als typische Festplatten Daten durch sie bewegen kann, eine zentrale Herausforderung ist es, Wege finden, um die Daten durch die Nanodrähte "fließen" zu machen, um es über die Sensoren übergeben, die lesen und Schreiben von Daten auf den Draht. Dies kann durch die Anwendung der Magnetfelder oder elektrische Ströme erreicht werden, aber dies erzeugt Wärme und Energie-Effizienz, die Lebensdauer der Batterie verringert.

Es gibt andere Wege der magnetischen Daten jedoch verschieben. Meine Fraktion an der University of Sheffield in Verbindung mit John Cunningham an der University of Leeds habe mit Simulationen, jetzt veröffentlicht in angewandter Physik Briefe, um Möglichkeiten, Rennstrecke Speicher effizienter und stolperte auf eine überraschende Lösung mit Schallwellen zu erkunden.

Bewegt durch den Klang

In unseren Simulationen haben wir Vibration-Sensitive magnetische Nanodrähte auf Schichten von piezoelektrischen Materialien, die sich ausdehnen, wenn wir eine elektrische Spannung anwenden. Durch Anlegen einer schnell schaltende Spannung, die sie zu vibrieren beginnen, erstellen eine spezielle Art von Schallwelle bekannt als akustische Oberflächenwellen.

Mit dieser Methode, die wir zwei Schallwellen erstellt, leitet eine fließende entlang die Nanodrähte und eine rückwärts fließt. Diese Wellen kombinieren Sie regelmäßig erstellen Regionen von den Nanodraht verteilt die vibrieren stark durch Regionen, in denen überhaupt vibrieren nicht getrennt. Unsere Untersuchungen zeigen, dass die magnetischen Daten-Bits sind angezogen und an der Stelle an der stark vibrierenden Sektionen. Wenn wir dann die Tonhöhe der zwei Schallwellen ändern, so dass man "einen höheren Ton und eine untere Note singt", finden wir, dass schwingende Regionen beginnen zu entlang der Nanodraht fließen die Daten-Bits mit ihnen ziehen, so wie für die Rennstrecke Speicher benötigt. Wenn wir die Noten um wechseln, fließt die Daten in die entgegengesetzte Richtung. Verwenden nur das Rauschen ist allein es möglich, Daten in beide Richtungen zu bewegen.

Im Moment zeigen unsere Simulationen Datenfluss bei rund 100 km/h (160kph). Das klingt ziemlich schnell, aber wir möchten es zehnmal schneller sein. Aber die wirklich spannenden Folgen davon stammen aus der einzigartigen Eigenschaften von akustische Oberflächenwellen. Weil sie nur direkt an ein Material Oberfläche existieren sie verlieren Energie sehr langsam und können so viel wie mehrere Zentimeter (die ist riesig, wenn man bedenkt, dass die Winzigkeit der Nanodrähte) Reisen. Weil Nanodrähte so klein sind kann ein einzelnes Paar von Wellen auf eine sehr große Anzahl von Drähten und somit die Daten darin, zur gleichen Zeit angewendet werden. Möglicherweise ist es eine sehr macht effiziente Methode zur beweglichen große Datenmengen rund um schnell.

Es gibt noch eine Menge Fragen beantworten, bevor wir wissen, ob diese Technologie wirklich die Lösung für die Probleme, die Rennstrecke Speicher zurückhalten. Aber mit diesen vielversprechenden ersten Indikationen der nächste Schritt ist die Schaffung einen experimentellen Prototyp um es richtig zu testen.

Tom Hayward, EPSRC Karriere Beschleunigung wissenschaftlicher Mitarbeiter, Universität von Sheffield

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