Sagtannformede rygger laget av safirkrystaller danner retningslinjer for matriser av elementer i nanometer-størrelsen. (Illustrasjon: Dong Hyun Lee/UMass Amherst)

Ekstrem lagringsplass med ny teknikk

Safir-krystaller løser mer enn ti år gammel utfordring.

1,25 terabytes per kvadrattomme. Det skal være kapasiteten som en ny lagringsteknikk skal kunne åpne for.

Teknikken, som skal være enkel å implementere, er basert på elementer i nanometer-størrelsen som er fordelt over store overflater. Den er utviklet av forskere ved University of California, Berkeley og University of Massachusetts Amherst (UMass Amherst).

- Jeg forventer at den nye metoden vi har utviklet vil omforme lagrings- og mikroelektronikk-bransjene og åpne opp for helt nye bruksområder, sier Thomas Russel, direktør for Materials Research Science and Engineering Center ved UMass Amherst og en av lederne for prosjektet. Han skal være en av verdens ledende eksperter på atferden til polymerer.

Forskningen er primært gjort sammen med Ting Xu, en forsker UC Berkeley, som er og amanuensis ved universitetet innen både materialvitenskap og kjemi.

- Tettheten som kan oppnås ved hjelp av teknologien vi har utviklet, kan potensielt åpne for at innholdet på 250 DVD-er får plass på en overflate som tilsvarer en 25 cent-mynt, sier Xu i en pressemelding.

Han nevner nevner dog ikke hva slags DVD-plater han har i tankene.

Molekylene i en tynn film med blokk-kopolymerer, som er to eller flere kjemisk ulike polymerer som er lenket sammen, vil ifølge Xu på egenhånd kunne danne et ekstremt nøyaktig, ekvidistant mønster når det spres utover en overflate, omtrent som et regiment med disiplinerte soldater som stiller opp i en formasjon.

Disse karakteristikkene har blitt forsøkt utnyttet av forskere i mer enn et tiår i forbindelse med halvlederproduksjon, men dette har strandet ved at det ordnede mønsteret har brutt sammen når størrelsen på arealet øker. Dette fører til at individuelle kontrollområder ikke kan skrives til eller leses fra.

Sagtannformede rygger laget av safirkrystaller danner retningslinjer for matriser av elementer i nanometer-størrelsen. (Illustrasjon: Dong Hyun Lee/UMass Amherst)
Sagtannformede rygger laget av safirkrystaller danner retningslinjer for matriser av elementer i nanometer-størrelsen. (Illustrasjon: Dong Hyun Lee/UMass Amherst)

For å omgå denne begrensningen, har Russel og Xu klekket ut en enkel løsning med lagdeling av filmen med blokk-kopolymerene på overflaten til en kommersielt tilgjengelig safirkrystall. Når krystallen kuttes ved en vinkel, noe som skal være en vanlig prosedyre, og deretter varmes til mellom 1300 og 1500 grader Celsius i 24 timer, vil overflaten omorganiseres til en høyst ordnet mønster med sagtaggete rygger som kan bli brukt for å guide selvmonteringen av blokk-kopolymerene.

Med denne teknikken har forskerne vært i stand til å oppnå feilfrie matriser med elementer som er så små som 3 nanometer.

- En ting er det å få noen dusin med soldater til å stå i perfekt formasjon innen i et areal på størrelse med et klasserom. Noe annet er det å få noen titalls billioner individer til å gjøre det samme på en fotballstadion, forteller Xu.

- Ved å bruke denne krystalloverflaten som en retningslinje, er som å gi soldatene en markør slik at de vet hvor de skal stå.

Fordi krystaller kommer i mange ulike størrelser, er det ifølge forskerne få begrensninger hvor store matrisene med blokk-kopolymer som kan produseres.

Også vinkelen og dybden på sagtannryggene kan enkelt varieres ved å endre temperaturen under oppvarmingen av krystallen. Dette gjør det mulig å fintilpasse mønsteret.

- Vi kan generere nærmest perfekte matriser over makroskopiske overflater hvor tettheten er mer enn 15 ganger høyere enn noe annet som tidligere har blitt oppnådd, sier Russell.

En annen fordel med de to forskernes metode, er at den ikke avhenger av fotolitografi, en svært mye brukt metode innen halvlederindustrien. Problemet med fotolitografien er at man stadig kommer nærmer seg grensene for oppløsningen til lys.

- Vår metode er dessuten mer miljøvennlig enn fotolitografi, som krever bruk av ubehagelige kjemikalier og syrer, sier Xu.

I tillegg til å kunne lagre data, mener forskerne at teknologien også kan brukes til å produsere blant annet mer energieffektive solceller.

De to universitetene har nå levert inn en felles patentsøknad på den nye teknologien. Forskningen har fått økonomisk støtte av det amerikanske energidepartementet og National Science Foundation.

Det er ikke angitt noe om hvor lang tid det vil ta før teknologien eventuelt blir kommersielt tilgjengelig.

Til toppen