Harde schijf op eiwitbasis

Herbert Blankesteijn

Het wordt moeilijk om de opslagruimte van harde schijven nog te vergroten door het verfijnen van de bekende fabricagetechnieken. Tijd voor biologische grondstoffen, vindt het Britse bedrijf Nanomagnetics [www.nanomagnetics.com]. Nanomagnetics heeft een methode om met eiwitten de dichtheid van informatie op een harddisk te verveelvoudigen.

De fysieke harde schijf in de pc is onzichtbaar voor de consument. Als je de systeemkast van de pc openmaakt, blijkt de harddisk een gesloten doos. Om die te openen heb je een ijzerzaag nodig. Vanwege de gevoeligheid voor stof is de omhulling verzegeld. Beet vindt een harddisk een kruising tussen cassetterecorder en grammofoon. De leeskop hangt boven de gevoelige platen als de arm van een een pickup, terwijl het materiaal waarin de bits worden opgeslagen magnetisch is, als geluidsband. Dit magnetische materiaal heeft als hoofdbestanddeel ijzeroxyde, vandaar de roestkleur van geluidsbanden en geheugenschijven.

Hoewel het oppervlak van een harddisk spiegelglad lijkt, bestaat het uit onregelmatig gevormde korreltjes van gemiddeld ongeveer 10 nanometer groot (een nanometer is een miljoenste mm). Bits zijn gebiedjes waar een paar honderd van deze korrels in dezelfde richting zijn gemagnetiseerd. Vergroten van de opslagdichtheid - het streven van de industrie - betekent dat het grondgebied per bit moet worden verkleind. Er zijn drie mechanismen waardoor dit verkleinen wordt bemoeilijkt.

In de eerste plaats zijn de grenzen van de gebiedjes niet recht, door de korrels. Hoe kleiner het oppervlak van een bit, hoe hinderlijker de korreligheid wordt. In de tweede plaats kunnen grote korrels nabijgelegen kleine korrels 'besmetten' met hun magnetische richting. Op de grens van twee bits kan dat de grens vager maken. Ten derde kunnen de kleinste korreltjes spontaan hun magnetische richting verliezen, waardoor de bits minder herkenbaar worden voor de leeskop van de harde schijf.

De industrie probeert traditioneel de capaciteit van schijven te vergroten door de korrelgrootte te verkleinen, maar dat werkt niet goed meer. Steeds meer relatief kleine korrels zullen hun magnetische oriëntatie kwijtraken, hetzij spontaan, hetzij door de invloed van een grotere buurman. Nanomagnetics probeert in plaats daarvan de korrelgrootte te standaardiseren.

Daarvoor heeft Nanomagnetics een revolutionair proces ontwikkeld. Het bedrijf neemt het eiwit ferritine, dat in het lichaam fungeert als opslagplaats van ijzer. Ferritine bestaat uit bolletjes van exact gelijke vorm, 12 nanometer groot en gevuld met een roestachtige (maar niet magnetische) stof. Het roest wordt eruit verwijderd zodat een 2 nm dik, leeg eiwitomhulsel, apoferritine, overblijft. In plaats van de roestsubstantie komt een stof die wel magnetisch is, en die de ruimte van 8 nm binnenin de bolletjes precies vult. Als een laagje van deze opnieuw gevulde bolletjes op een schijf wordt aangebracht, kan dit precies één bolletje dik worden gemaakt. Daarna zorgt een hittebehandeling ervoor dat het eiwit verkoolt, en er resteert een laagje koolstof met op exact gelijke onderlinge afstanden microscopische magnetiseerbare knikkertjes.

Zo kan het Nanomagnetics de drie genoemde problemen tegelijkertijd bestrijden. Omdat de bolletjes precies in het gelid liggen, is de grens tussen twee gebiedjes altijd recht. Alle korrels zijn even groot of klein dus er zijn geen relatief kleine exemplaren die hun magnetisme kwijtraken. Doordat de onderlinge afstand is gestandaardiseerd op 4 nm (tweemaal de dikte van de omhulling van ferritine), kunnen ze elkaar redelijkerwijs niet beïnvloeden. Nanomagnetics zegt dat hiermee in principe een informatiedichtheid te bereiken is van 4,5 Terabit per vierkante inch. Dat is 7 Gb op een vierkante mm, dus een behoorlijke hedendaagse harddisk op een stuiver. En het komt neer op een oppervlakte per bit van… twaalf nm in het vierkant, dus precies één magnetisch bolletje.

Maar eerst moet Nanomagnetics, net als wij, erop wachten dat de technologie wordt toegepast. Het bedrijf verwacht de eerste producten al dit jaar, maar de consumentenmarkt moet nog meer dan vijf jaar geduld hebben.