• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy badają tajemnice struktur magazynowania danych

    12.01.2011. 15:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy poznali, jak dokładnie przechowywane są dane na płytach DVD i podobnych nośnikach. Odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Nature Materials, mają pomóc w opracowaniu łatwo dostępnych nośników pamięci o większej pojemności i dłuższej żywotności.

    Nośniki magazynujące wielokrotnego zapisu o dużej gęstości, takie jak DVD-RAM (cyfrowy dysk ogólnego przeznaczenia - pamięć o dostępie swobodnym), DVD-RW (cyfrowy dysk ogólnego przeznaczenia - wielokrotnego zapisu), płyta Blu-ray czy RAM (pamięć o dostępie swobodnym) komputera osobistego są od kilku lat w powszechnym użyciu. Wszystkie te systemy bazują na zapisie zmienno-fazowym. W przypadku płyt DVD dane są magazynowane jako "bity" w cienkiej warstwie stopu składającego się z wielu pierwiastków o grubości poniżej 100 nanometrów (nm).

    Bity występują w dwóch odmianach lub fazach - uporządkowanej fazie "krystalicznej" i nieuporządkowanej fazie "amorficznej". Bit może zostać przełączony z jednej fazy na drugą w zaledwie ułamku sekundy za pomocą impulsu laserowego. Lasery są również wykorzystywane do odczytu danych zmagazynowanych na płycie, bowiem dwa stany cechują się odmiennymi współczynnikami odbicia.

    Płyty DVD-RAM i Blu-ray posiadają warstwę magazynowania danych typu GST. Litery GST oznaczają pierwiastki, z których składa się warstwa, a mianowicie german (Ge), antymon (Sb) i tellur (Te). Z kolei płyty DVD-RW wykorzystują stopy AIST, które są zbudowane z niewielkich ilości srebra (Ag) oraz indu (In), antymonu (Sb) i telluru (Te). Mimo powszechności nośników wykorzystujących systemy magazynowania GST i AIST niewiele wiadomo na temat tego, co się w nich dzieje na poziomie atomowym, kiedy bity przełączają się z jednej fazy na drugą.

    W ramach ostatnich badań naukowcy z Finlandii, Japonii i Niemiec przeanalizowali funkcjonowanie systemu magazynowania danych typu AIST. Zespół wykorzystał dane eksperymentalne i widma rentgenowskie japońskiego ośrodka synchrotronu SPring-8, który posiada najsilniejsze na świecie źródło promieniowania rentgenowskiego. Informacje zostały uzupełnione o szereg symulacji opracowanych przy wykorzystaniu superkomputera JUGENE w Forschungszentrum Jülich w Niemczech.

    Analizy pokazały, że w stopach AIST zmiana fazy rozpoczyna się na zewnątrz bitu, tam gdzie jest on połączony z otoczeniem krystalicznym, w kierunku do wewnątrz. Zdaniem zespołu działa tutaj "model wymiany wiązań". Kiedy bit jest stymulowany przez laser, atomy antymonu w bicie zamieniają siłę swoich wiązań z dwoma sąsiadującymi.

    Zmiana fazy w magazynowaniu AIST odbywa się zatem zupełnie inaczej niż w GST, co naukowcy wyjaśnili w ramach wcześniejszych badań. W przypadku GST amorficzny bit krystalizuje się za pośrednictwem nukleacji. Inaczej mówiąc zmiana zaczyna się w środku bitu i rozchodzi się, aż obejmie cały bit. W systemach GST obydwie fazy charakteryzują się grupami atomów ułożonych "ABAB" w kształcie pierścienia, gdzie "A" to german lub antymon, a "B" to tellur. Struktura zawiera wystarczającą ilość wolnej przestrzeni, aby atomy mogły zmieniać swój układ bez zrywania zbyt wielu wiązań atomowych.

    "Obydwie rodziny stopów zawierają antymon i tellur i wydają się mieć wiele wspólnego, aczkolwiek mechanizmy zmiany fazy są całkowicie odmienne" - zauważa dr Robert Jones z Forschungszentrum Jülich.

    Zdaniem zespołu obliczenie struktury fazy amorficznej AIST jest największym jakie przeprowadzono w tej dziedzinie badań. Zespół wykorzystywał około 4.000 procesorów superkomputera JUGENE przez okres 4 miesięcy.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Dysk optyczny to jeden z rodzajów nośników informacji używany w systemach komputerowych do zapisu danych. Dysk optyczny jest płaskim, plastikowym krążkiem pokrytym materiałem, na którym mogą być zapisywane bity informacji w postaci fragmentów dobrze i słabo odbijających wiązkę światła. Odczyt danych następuje poprzez oświetlenie promieniem lasera. Dane są zapisane sekwencyjnie na ciągłej, spiralnej ścieżce od środka dysku na zewnątrz.

    Pamięć o dostępie cyklicznym (ang. cyclic access memory) – pamięć będąca kombinacją pamięci o dostępie swobodnym i pamięci sekwencyjnej: ciąg bloków o dostępie bezpośrednim zawiera dane dostępne sekwencyjnie. Pojemność bloków wynosi od kilkuset do kilku tysięcy bajtów. Przykładem może być pamięć dyskowa, w której bajty danych zapisane są w sektorach stanowiących najmniejszy element możliwy do odczytu lub zapisu.

    PRAM (PCRAM – Phase Change RAM) – typ pamięci nieulotnej opartej na nośniku krystalicznym. Wykorzystano zjawisko zmiany fazy punktów nośnika z krystalicznej na amorficzną (i odwrotnie) za pomocą podgrzewania impulsami elektrycznymi. Odczyt dokonywany jest przez pomiar rezystancji nośnika (różna dla różnych faz). Nośnikiem jest stop tellurku antymonu i tellurku galu, podobny do stosowanego w płytach CD-RW.

    Krystalizacja – proces powstawania fazy krystalicznej z fazy stałej (amorficznej), fazy ciekłej, roztworu lub fazy gazowej. Krystalizacja jest procesem egzotermicznym. Przeprowadza się ją w celu wyodrębnienia związku chemicznego z roztworu. Mieszaniny jednorodne cieczy (rozpuszczalnik) i ciała stałego (substancja rozpuszczona) mają graniczne stężenie, w którym rozpoczyna się proces krystalizacji.

    Krystalizacja – proces powstawania fazy krystalicznej z fazy stałej (amorficznej), fazy ciekłej, roztworu lub fazy gazowej. Krystalizacja jest procesem egzotermicznym. Przeprowadza się ją w celu wyodrębnienia związku chemicznego z roztworu. Mieszaniny jednorodne cieczy (rozpuszczalnik) i ciała stałego (substancja rozpuszczona) mają graniczne stężenie, w którym rozpoczyna się proces krystalizacji.

    Fazy artykulacyjne wyrazu – zwane także fazami wypowiedzi, są to części składowe (fazy) wyrazu składające się z jednej lub kilku głosek. Występowanie faz klasyfikuje się jako zjawisko fonetyczne dokonujące się wewnątrz wyrazu lub na pograniczu dwóch wyrazów.

    Półmetale (metaloidy) – pierwiastki chemiczne, które mają własności pośrednie między metalami i niemetalami. Zalicza się do nich: antymon, arsen, bor, german, krzem, tellur oraz czasami także selen, glin, polon i astat, w niektórych podręcznikach także węgiel, mający najwyższą temperaturę topnienia z dotychczas poznanych pierwiastków, oraz fosfor (tworzący odmianę czarną o właściwościach fizycznych przypominających metal).

    Dodano: 12.01.2011. 15:37  


    Najnowsze