Полимеры, организованные в соответствующие наноструктуры, могут хранить данные в объеме терабитов на квадратный дюйм.

Самоорганизующиеся материалы, известные как блочные сополимеры (block copolymers), могут предложить достаточно эффективный и недорогой способ изготовления сверхплотной компьютерной памяти. Блочные сополимеры, которые получают соединением химически различающихся полимеров, могут самостоятельно организовываться в структуры типа наноточек на определенных поверхностях, что может быть использовано для изготовления шаблонов магнитных микроэлементов жестких дисков (hard disks). Однако, вплоть до настоящего времени, не существовало простого и быстрого способа создания структур из блочных полимеров на достаточно больших площадях.

Исследователи из Калифорнийского Университета в Беркли и Массачусеттского Университета в Амхерсте разработали простой способ нанесения блочных полимеров на подложки площадью в несколько квадратных дюймов (1 дюйм равен 2,54 см). Высокоорганизованные структуры, сформированные блочными полимерами, могут быть использованы для изготовления жестких дисков с емкостью до 10 терабит информации на квадратный дюйм. Результаты этой работы опубликованы в журнале Science. (Macroscopic 10-Terabit–per–Square-Inch Arrays from Block Copolymers with Lateral Order)

Сегодняшние жесткие диски способны хранить до 200 гигабит информации на квадратном дюйме. Существующие технологии магнитной записи потенциально позволяют довести плотность записи до 1 терабита на квадратный дюйм. Каждый бит на жестком диске представляет собой небольшой участок магнитного материала, с магнитным полем внутри этой области, имеющим одно единое направление. Такие участки магнитного поля имеют нерегулярную форму и размеры, но расположены непрерывно друг рядом с другом на поверхности диска. В том случае, когда плотность информации выходит за пределы 1 терабита на квадратный дюйм, эти маленькие участки должны быть точно определены и не должны иметь перехлестов, поскольку в такой ситуации точность считывания играет большую роль.

Блочные сополимеры могут способствовать уменьшению размеров магнитных частиц. Когда раствор блочных сополимеров нанесен на подложку, полимеры самоорганизуются в очень точные наноразмерные структуры. Многие изготовители жестких дисков работают с подобными полимерами, например, Hitachi Global Storage Technologies, в Сан Хозе, Калифорния использует такие комбинации полимеров, в которых один из них самоорганизуется в параллельные цилиндры внутри другого полимера. Эти цилиндры, идущие от поверхности, могут быть на определенной фазе процесса вытравлены, а углубления, оставшиеся от них – заполнены магнитным материалом. Каждая малая точка этого магнитного материала может нести бит информации. К сожалению, эти цилиндры не организуются самостоятельно так прямо, как это требуется, их структурная организация скорее случайная по отношению к поверхности. Поэтому они не могут быть использованы именно в таком виде для изготовления жестких дисков, поскольку считывающее устройство не сможет их распознать.

Для того, чтобы направить полимеры для самосборки в структуры нужной конфигурации, исследователи первоначально использовали методы литографии, что позволяло нанести на подложку определенную структуру, на которую и наносили полимер. Получение необходимого разрешения требовало использования дорогой и время –емкой технологии электронно-лучевой литографии. К примеру, процесс нанесения соответствующей картины методами электронно-лучевой литографии на площади в один квадратный дюйм подчас занимал порядка двух месяцев, как отмечает руководитель работ профессор Массачусеттского Университета в Амхерсте Томас Рассел. Сегодня эта же задача занимает всего пару часов.

Новая технология, решившая проблему производительности, заключается в следующем. Вместо предварительного нанесения специальной структуры исследователи используют кристалл сапфира в качестве подложки. Если кристалл срезан под некоторым углом и нагрет до температуры примерно 1300 градусов Цельсия, его поверхность формируется в серии гребешков пилообразной формы. Полимерные материалы, нанесенные на такую поверхность, автоматически выравниваются и быстро застывают вдоль этих гребешков, формируя регулярную структуру. Каждый цилиндр в этой структуре имеет ширину порядка трех нанометров. Если каждый из них может быть использован для несения одного бита информации, подобная структура дасть плотность записи в 10 терабит на квадратный дюйм. Меняя температуру нагрева сапфировой подложки, ученые научились регулировать и угол наклона пилообразных гребешков и их высоту, что, соответственно, изменяет структуру полимерных цилиндров. По мнению разработчиков, эта технология должна работать и с кремниевой подложкой также. Тем не менее, группа пока с такими подложками не экспериментировала.

Эксперты из Калифорнийского Университета (University of California) в Санта Барбара, несмотря на то, что считают изложенный метод простым и дешевым, избрали несколько другой путь. Они используют методы традиционной литографии для формирования на подложке структур шириной порядка единиц микрометров, вдоль которых и выравнивается блочный сополимер, используя края этих структур в качестве направляющих.

Ученые MIT (Massachusetts Institute of Technology), работающие в этой области довольно давно (см., например, http://web.mit.edu/…ly-0814.html), предупреждают, что организация сополимеров в структуры определенной формы, это только первый шаг в направлении создания терабитных запоминающих устройств. Далее встают сложные задачи изготовления устройств наноуровня, считывания и записи информации на магнитных участках столь малых размеров. После самосборки полимера, которое означает изготовление шаблона, эту структуру надо научиться переносить на магнитный материал. Задачи же практической записи (и считывания) информации такой плотности очень далеки от тривиальных.

Евгений Биргер