Sebbene non siano visibili alla maggior parte degli utenti finali, i data center lavorano dietro le quinte per eseguire Internet, imprese, istituti di ricerca e altro ancora. Questi data center dipendono dall'archiviazione digitale ad alta capacità, la cui domanda continua ad accelerare. I ricercatori hanno creato un nuovo supporto di memorizzazione e processi per accedervi che potrebbero cambiare le regole del gioco in questo settore. Il loro materiale, chiamato ossido di ferro epsilon, è anche molto robusto, quindi può essere utilizzato in applicazioni in cui lo stoccaggio a lungo termine, come l'archiviazione, è necessario.

Può sembrare strano ad alcuni che nell'anno 2020, il nastro magnetico viene discusso come supporto di memorizzazione per i dati digitali. Dopotutto, non è stato comune nell'informatica domestica dagli anni '80. Sicuramente gli unici supporti rilevanti oggi sono le unità a stato solido e i dischi Blu-ray? Però, nei data center ovunque, nelle università, banche, fornitori di servizi Internet o uffici governativi, scoprirai che i nastri digitali non sono solo comuni, ma essenziale.

Sebbene siano più lenti da accedere rispetto ad altri dispositivi di archiviazione, come unità disco rigido e memoria a stato solido, i nastri digitali hanno densità di archiviazione molto elevate. È possibile conservare più informazioni su un nastro rispetto ad altri dispositivi di dimensioni simili, e possono anche essere più convenienti. Quindi, per le applicazioni ad alta intensità di dati come gli archivi, backup e tutto ciò che rientra nell'ampio termine dei big data, sono estremamente importanti. E con l'aumento della domanda per queste applicazioni, lo stesso vale per la domanda di nastri digitali ad alta capacità.

Il professor Shin-ichi Ohkoshi del Dipartimento di Chimica dell'Università di Tokyo e il suo team hanno sviluppato un materiale magnetico che, insieme a un processo speciale per accedervi, può offrire densità di archiviazione maggiori che mai. La natura robusta del materiale significa che i dati dureranno più a lungo rispetto ad altri mezzi, e il nuovo processo opera a bassa potenza. Come bonus aggiuntivo, questo sistema sarebbe anche molto economico da eseguire.

"Il nostro nuovo materiale magnetico si chiama ossido di ferro epsilon, è particolarmente adatto per l'archiviazione digitale a lungo termine, " disse Ohkoshi. "Quando i dati vengono scritti su di esso, gli stati magnetici che rappresentano i bit diventano resistenti ai campi magnetici vaganti esterni che potrebbero altrimenti interferire con i dati. Diciamo che ha una forte anisotropia magnetica. Certo, questa caratteristica significa anche che è più difficile scrivere i dati in primo luogo; però, abbiamo un nuovo approccio anche a quella parte del processo."

Il processo di registrazione si basa su onde millimetriche ad alta frequenza nella regione di 30-300 gigahertz, o miliardi di cicli al secondo. Queste onde ad alta frequenza sono dirette a strisce di ossido di ferro epsilon, che è un eccellente assorbitore di tali onde. Quando viene applicato un campo magnetico esterno, l'ossido di ferro epsilon permette la sua direzione magnetica, che rappresenta un 1 binario o uno 0, capovolgersi in presenza delle onde ad alta frequenza. Una volta che il nastro è passato dalla testina di registrazione dove questo avviene, i dati vengono quindi bloccati nel nastro fino a quando non vengono sovrascritti.

"È così che superiamo quello che nel campo della scienza dei dati viene chiamato 'il trilemma della registrazione magnetica, '", ha affermato l'assistente al progetto, la professoressa Marie Yoshikiyo, dal laboratorio di Ohkoshi. "Il trilemma descrive come, aumentare la densità di stoccaggio, hai bisogno di particelle magnetiche più piccole, ma le particelle più piccole hanno una maggiore instabilità e i dati possono essere facilmente persi. Quindi abbiamo dovuto usare materiali magnetici più stabili e produrre un modo completamente nuovo di scriverci. Ciò che mi ha sorpreso è che questo processo potrebbe anche essere efficiente dal punto di vista energetico."

L'ossido di ferro Epsilon può anche trovare usi oltre il nastro di registrazione magnetico. Le frequenze che assorbe bene per scopi di registrazione sono anche le frequenze che sono destinate all'uso nelle tecnologie di comunicazione cellulare di prossima generazione oltre il 5G. Quindi, in un futuro non troppo lontano, quando accedi a un sito Web sul tuo smartphone 6G, sia esso che il data center dietro il sito Web potrebbero benissimo utilizzare l'ossido di ferro epsilon.

"Sapevamo fin dall'inizio che le onde millimetriche avrebbero dovuto essere teoricamente in grado di capovolgere i poli magnetici nell'ossido di ferro epsilon. Ma dal momento che è un fenomeno osservato di recente, abbiamo dovuto provare vari metodi prima di trovarne uno che funzionasse, " disse Ohkoshi. "Anche se gli esperimenti erano molto difficili e impegnativi, la vista dei primi segnali di successo è stata incredibilmente commovente. Prevedo che vedremo nastri magnetici basati sulla nostra nuova tecnologia con capacità 10 volte superiori all'attuale entro 5-10 anni".