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고속 데이터 저장을 위한 초고속 레이저 기술


 (Credit: Eindhoven University of Technology)



 

 오늘날 우리들은 대부분의 정보를 종이 대신 자기 기록 형태로 다양한 정보 저장 장치에 담아두고 있습니다. 종이책과 종이 문서가 사라진 건 아니지만, 폭발적으로 늘어나는 데이터를 처리하기 위해서 SSD, HDD, 자기 테이프, 광학 디스크 등의 디지털 정보 저장 장치의 역할이 점점 커지는 것입니다 .



 최근에는 낸드 플래시 기반의 반도체 저장 장치의 비중이 커지고 있지만, 실제 디지털 데이터의 대부분은 자기 기록 저장 시스템인 하드디스크와 자기 테이프에 기록되고 있습니다. 거대한 데이터를 모두 SSD에 담아두고 백업 하기에는 너무 비용이 많이 들기 때문입니다. 자기 기록 방식에 대해 많은 연구와 투자가 이뤄져 속도나 기록 밀도 모두 비약적으로 늘어난 것 역시 이유입니다. 그러나 데이터의 양이 비약적으로 늘어나면서 더 속도가 빨라져야 할 필요성도 커지고 있습니다. 



 하드디스크 및 자기 테이프 제조사들은 좁은 공간에 자기 기록을 새기기 위해 전통적인 자기 기록 방식 이외에도 가열하거나 레이저, 마이크로웨이브 등 에너지를 추가하는 방식을 개발했습니다. 그러나 속도를 더 빠르게 하기 위해서는 아예 자기 기록 방식 대신 광학 에너지 방식인 all – optical switching (AOS) 방식이 필요하다는 주장이 나오고 있습니다.



 아인트호벤 공대 (Eindhoven University of Technology)의 연구팀은 cobalt-gadolinium (Co/Gd) 층에 펨토초 (femtosecond) 레이저를 이용해 피코초 (picosecond) 단위로 자기 기록을 새기는 기술을 연구했습니다. 연구팀이 개발한 자기 기록 시스템은 정확히 세 층으로 되어 있습니다. 코발트와 니켈로 된 ferromagnetic 레퍼런스 층, 전도성 구리층, 그리고 코발트-가돌리늄으로 된 AOS 기록층이 있습니다. 세 층 모두의 두께는 15nm에 불과합니다. 



 사실 레이저로 자기 데이터를 기록하는 것보다 더 어려운 일이 정확하게 기록하는 일입니다. 연구팀의 펨토초 레이저 기록 방식은 정확도를 높이고 한 번의 레이저 펄스 만으로 데이터를 기록하기 위해 독특한 3층 구조를 만들었습니다. 레이저가 레퍼런스 층에 에너지를 가하면 자기장이 사라지면서 전류가 유도되며 이것이 전도층을 타고 내려가 코발트 -가돌리늄 층에 데이터 기록을 남기는 방식으로 속도와 정확성의 두 마리 토기를 잡았다는 것이 연구팀의 설명입니다 .



 물론 아직은 기초 연구 단계이지만, 이렇게 성능 향상을 위한 연구 개발이 계속되면 하드디스크와 자기 테이프의 수명은 더 연장될 수 있을 것입니다. 얼마나 더 오래 살아남을진 모르겠지만, 적어도 데이터 센터에서는 앞으로 10-20년은 현역으로 뛰지 않을까 생각합니다. 



 참고 



Youri L. W. van Hees et al. Deterministic all-optical magnetization writing facilitated by non-local transfer of spin angular momentum, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-17676-6


https://phys.org/news/2020-07-ultra-fast-laser-based-storage-devices.html


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