Akár 4 ezer gigabájtos, azaz 850 (!) DVD lemeznek megfelelő kapacitású merevlemezt is vehetünk 2009 karácsonyára. Ezzel gond nélkül tárolható lesz a számítógépen akár több száz kedvenc filmünk is, méghozzá nagy felbontásban, kiváló minőségben. A Hitachi a minap jelentette be 1800 gigabájtos asztali gépekbe szánt merevlemezét, de egy-két év múlva a laptopokba szánt 1000 gigabájtos winchesterét is a piacra dobja, amellyel akár teljes multimédia stúdiókat is magunkkal vihetünk.
Mindezt a hatalmas kapacitást annak a technológiának a továbbfejlesztése teszi lehetővé, amelyért két fizikus – a francia Albert Fert és a német Peter Grünberg – tavaly fizikai Nobel-díjat kaptak. Az óriás mágneses ellenállás (giant magnetoresistance – GMR) az alapja annak, hogy ma a hordozható ketyeréken nem csak zenéket, hanem többórás mozifilmeket is élvezhetünk, és a sokat utazó diákok vagy menedzserek egyre kisebb, de egyre több adatot tárolni képes laptopokon dolgozhatnak menet közben.
„A GMR olvasófej érzékenységének köszönhetően az adatsűrűséget több mint 200-szorosára lehetett növelni az elmúlt tíz évben” – magyarázta felfedezésének jelentőségét Albert Fert, a Nobel-díj decemberi átadása előtti napokban tartott díszelőadáson. A stockholmi egyetem nagyelőadójában már érezni lehetett a díj átadását megelőző feszültséget, ennek megfelelően a Figyelőnek nyilatkozó professzor is lényegre törő mondatokban válaszolgatott. „A merevlemezek kapacitása még 10-20-szorosára nőhet a jelenleg kapható winchesterekéhez képest, mielőtt ez a mágneses technológia eléri a fizikai határait” – mondta Fert.
Albert Fert, Nobel-díjas kutató
De a két kutató új területeken is aktív. A Nobel-díjas fizikusok által feltalált elvet használó MRAM (mágneses RAM) egy olyan, mozgó alkatrészt nem tartalmazó memória, amely egyszerre gyors és az információt áramforrás nélkül is megőrzi. Rendkívül bosszantó eset ugyanis, ha egy többoldalas dokumentum gépelésébe úgy belefeledkezik az ihletett kapott író, hogy elfelejti megnyomni a „mentés” gombot. Ilyenkor egy esetleges áramkimaradás, vagy a laptop leejtése esetén az egész munka egy pillanat alatt elszáll. Ahhoz, hogy az információ tartósan megmaradjon, a merevlemezen kell tárolni, de a gyors hozzáférés érdekében ideiglenesen az úgynevezett tetszőleges hozzáférésű memóriában (Random Access Memory – RAM) raktározódnak az adatok. Ebben azonban az információk csak addig maradnak meg, amíg a számítógép feszültség alatt van. Ha a RAM-ot a modern MRAM-ra cserélik, az el nem mentett adatok sem vesznek el.
Több cég is foglalkozik azzal, hogy ilyen eszközt előállítson, de eddig csak az amerikai Freescale dobott ilyet piacra. Egy-két MRAM csipet nagyon egyszerű elkészíteni; a fő probléma a tömegtermeléshez szükséges folyamatosan magas minőség fenntartása. „Már 2004-ben kész volt ugyan az MRAM, de még két év kellett, mire minden technikai részletet megoldottunk és piacéretté válhatott a termék” – avat be a részletekbe Johan Akerman, a stockholmi Royal Institute of Technology spintronikai kutatásvezetője (az új tudományág leírását lásd külön), aki részt vett az első kereskedelmi MRAM előállításában. Azt, hogy a gyártás ma már nem gond, a professzor a kezében lévő több tucat MRAM modult tartalmazó lapkával illusztrálja.
„A vásárlóink az MRAM-ot elsősorban a tárolásra használt szerverek naplózási adatainak folyamatos rögzítésére használják, ami lehetővé teszi, hogy áramszünet esetén gyorsabban helyreállítsák a rendszert” – említ egy alkalmazási példát David Bondurant. A Freescale termékmenedzsere szerint ezt az újfajta memóriát használják még a robotikában, vagy a hadi-, illetve az űriparban is, ahol az adatok tárolására pótakkumulátor nélkül van szükség. A jelenlegi termékek közül azonban a legnagyobb kapacitású is csak fél megabájtos, és még az áruk is magas a hagyományos memóriákhoz képest, ezért a közeljövőben nem várható, hogy ezek kiváltsák a számítógépek RAM memóriáját.
A fejlemények azonban biztatóak. „Már készülnek az új generációs MRAM-ok, amelyek kihasználják a spintronika legújabb felfedezéseit; ezek sokkal nagyobb kapacitásukkal a jelenlegi RAM-ok helyzetét is veszélyeztetni fogják” – vetíti előre Albert Fert, majd a saját érdeklődési körével folytatja. A GMR már a múlt, és számomra például érdekesebb a spintronika egy új ága, a spin átvitel. Ennek nagy gyakorlati jelentősége lesz a telekommunikációban.
A mobiltelefonban számos jeladó (oszcillátor) van a különböző vezeték nélküli alkalmazásokhoz, amelyek mind fogyasztják az akkumulátort. Ha valaki beszél a telefonon, miközben a Bluetooth és a WiFi is be van kapcsolva, az elem egy-két órán belül lemerül. „A spintronika lehetőséget nyújt arra, hogy egyetlen jeladóra cseréljük a mobilban lévő eszközöket, vagyis így sokkal kisebb, olcsóbb, és energiatakarékosabb készülékeket lehet gyártani” – magyarázza Akerman professzor. Laboratóriumában az új eszköz prototípusát is megmutatja, hozzátéve: még legalább 3-5 év kell várni ahhoz, hogy termék váljék belőle.
Mindez Albert Fert lelkesedését nem csökkenti. „Peter Grünberg és jómagam csodálatos dolognak tartjuk, hogy az elvont elképzeléseinkből olyan gyakorlati alkalmazások születtek, amelyeket naponta használunk a számítógépekben, vagy épp a mobiltelefonokban, és ezek sok ember számára hasznossá válnak” – hangsúlyozta a francia professzor, a díjátadás után rendezett díszvacsorán, a stockholmi városháza Kék Termében.
SzótárGMR
. A giant magnetoresistance, azaz óriás mágneses ellenállás jelenségét már az 1970-es évek elején leírták a kutatók, de közel húsz év kellett ahhoz, hogy a technika fejlődésével a gyakorlatban is kipróbálhassák elméletüket. A merevlemezeken mágneses részecskék tárolják az adatokat és a mágneses tér iránya határozza meg a 0 vagy 1 bitértéket. A lemezek felett gyorsan mozgó olvasófej érzékeli ezt az információt. Ez olyan, mintha például egy vadászgép néhány centiméterrel repülne egy mező felett több ezer kilométeres óránkénti sebességgel és minden egyes fűszálat külön észlelni tudna. Minél sűrűbben helyezkednek el a mágneses bitek, annál inkább csökken az általuk létrehozott mágneses tér, így egyre érzékenyebb olvasófejre van szükség. A kutatók arra jöttek rá, hogy a mágneses tér nagyon apró változásának hatására kimutathatóan megváltozik egyes fémek elektromos ellenállása, és ez lehetővé teszi az információ értelmezését. Ehhez azonban nanométer (ezermilliomod méter) vastagságú szendvics-szerkezeteket kellett létrehozni a merevlemez fejében, ahol mágneses és nem mágneses fémrétegek váltják egymást.
SPINTRONIKA. A szó az elektronika és a spin (pörgés) szavakból keletkezett, s az elektron töltése mellett annak spinjét is kihasználó tudományág elnevezése. Az elektromos ellenállás változásában az elektronok viselkedésének fontos szerepe van. Az elektron spinje a részecske egyik alapvető tulajdonságát jelöli, amelynek matematikai leírása leginkább egy pörgő tárgyhoz hasonlítható. Két iránya lehet: fenti vagy lenti. Ez az irány csak nagyon rövid ideig marad fenn, ezért vastagabb rétegeknél nem lehet kihasználni a különböző spinű elektronok adta lehetőségeket. Ezért van szükség nanotechnológiára.
MRAM. Mágneses RAM, amelynél – a merevlemezhez hasonlóan – mágneses bitek tárolják az információt, így azok akkor sem vesznek el, ha a számítógépet kikapcsolják. A két mágneses réteg és az azok közé helyezett szigetelőből álló memóriacellák mágneses polaritása határozza meg a 0 vagy 1 bit értéket. Az adatok olvasásakor ezt az elektromos ellenállás mérésével határozzák meg. Az új generációs MRAM-ok a spintronika fejlesztéseit is ki fogják használni.
