Почнемо з CD диска. Наш піддослідний - простий CD-R від Verbatim.
Звичайний диск із записаною (а точніше, надрукованій) інформацією складається з 3 основних шарів.
Шар А - полікарбонатний диск, який відповідає відразу за кілька функцій.
Перше - основа диска, яка витримує величезні швидкості обертання всередині дисковода.
Так в загальних рисах можна представити будову CD диска
Полікарбонатний диск, як виявилося, додатково покривають спеціальним лаком, який захищає від легких механічних пошкоджень зовнішню поверхню диска.
Шар лаку виділено червоним кольором, під ним «починається» полікарбонат
Під пучком електронного мікроскопа, шар захисного лаку відчуває себе не дуже добре
Друге - саме на полікарбонат, в прямому сенсі цього слова, друкується інформація з матриці - будь то фільм, музика або програми. Як повідомляє нам Вікі, полікарбонатна основа має товщину 1,2 мм і важить всього-на-всього 15-20 грам.
Природно, що полікарбонат і лак прозорі для лазерного випромінювання, тому «надруковану» інформацію для лазера необхідно зробити «видимої», для чого поверхню покривають тонким шаром алюмінію (шар B). Варто відзначити, що CD-ROM з «надрукованій» інформацією, CD-R і CD-RW мають незначні відмінності.
У двох останніх випадках, додається проміжний шар між полікарбонатом і алюмінієм, який може змінювати свої властивості під дією лазерного випромінювання певної довжини хвилі, а на полікарбонат друкуються порожні доріжки.
Це можуть бути або барвники в разі CD-R (щось на подобі фоторезиста), або металеві сплави в разі CD-RW. Саме тому перезаписувані диски не рекомендується піддавати дії прямих сонячних променів і перегріву, який також може спровокувати зміну оптичних властивостей.
Давайте порівняємо диск і алюмінієвий шар, відірваний від нього. Видно, що на полікарбонат є «канавки» (піти), а на шарі алюмінію навпаки піднесення, які повністю відповідають канавок:
Звичні поглиблення на поверхні полікарбонату (АСМ-зображення)
На захисному алюмінієвому шарі видно піти- «навпаки»: чи не канавки, а виступи (АСМ-зображення)
Далі отриманий «пиріг» покривають спеціальним захисним шаром С, чия основна обов'язок - захистити «ніжний» алюмінієвий шар, що відображає.
Далі на цей шар можна щось наклеювати, писати маркером, наносити спеціальні додаткові шари для друку і т.д. і т.п.
Запис на CD диску подібна записи на вініловій платівці, тобто доріжка з інформацією йде по спіралі. Він бере свій початок в центрі диска і закінчується біля зовнішнього краю. А ось прямо посеред диска «стикуються» порожні ділянки та доріжки із записаною інформацією:
Ось був запис, а ось її і немає. Порівняння порожніх доріжок і доріжок із записаною інформацією (СЕМ-мікрофотографії)
Принципових відмінностей на мікрорівні CD від DVD і, напевно, Blu-Ray немає. Хіба що піти будуть менших розмірів. У нашому випадку розміри 1 мінімального поглиблення складають 330 нм в ширину і 680 нм в довжину, при цьому відстань між доріжками
До речі, якщо у вас є подряпаний CD диск, який не читається ні в одному приводі, спробуйте його заполірувати. Для цього підійде практично будь-яка прозора поліроль. Вона заповнить поглиблення, які заважають читання інформації, і Ви хоча б зможете скопіювати інформацію з диска.
Як же все-таки іноді химерно вигинається шар алюмінію (практично твір мистецтва - чорне і біле):
Чорні та білі смуги нашого життя. CD (СЕМ-мікрофотографія)
І наостанок ще пара зображень CD, отриманих за допомогою оптичного мікроскопа:
Оптична мікроскопія: зліва - алюмінієвий шар, що відображає, праворуч - шар Al (світліша область) на полікарбонатному диску (темніша область).
Приступимо тепер до жорсткого диска. Для мене завжди, ще з часів дискет і VHS залишалося загадкою, як же все-таки влаштована магнітна пам'ять ?!
Довелося змиритися і не шукати правди від виробників HDD (хіба що, Seagate злегка привідкрив свої секрети), тим більше що з приходом ери SSD конкуренція на ринку ще більше посилилася.
Самі пластини виготовляються з немагнітних металевих сплавів. Основу цих сплавів складають алюміній і магній, як найлегші конструкційні матеріали. Далі на них наноситься тонкий, знову таки згідно Вікіпедії, 10-20 нм шар магнітного - тут, мабуть, слово нанокристалічний буде доречно - матеріалу, який потім покривається невеликим шаром вуглецю для захисту.
Так як диск NoName, і виконаний він за давньою технологією паралельного запису інформації, то я дозволю собі навести тут склад матеріалу за даними EDX (рентгеноспектральний мікроаналіз): Co - 1,1 атомних%, Y - 1,53 ат. %, Cr - 2,38 ат. %, Ni - 45,81 ат. %.
Чесно, я намагався знайти шар магнітного матеріалу товщиною «10-20 нм», але безуспішно. Якщо виходити з того, що побачив я, то поверхневий шар має товщину приблизно 12 мікрометрів:
Той сам «тоненький» шар, який зберігає інформацію в наших жорстких дисках
Звичайно, Ви можете мене поправити, але:
1. диск досить старий (тобто дата його виготовлення відноситься до початку минулого десятиліття);
2. особливості EDX такі, що глибина виходу сигналу лежить в межах від 1 до 10 мкм;
таким чином, мені здається, що ці 12 мікрометрів і є магнітний шар, який зверху покритий найтоншим шаром вуглецю (50-100 нм), який на зрізі може бути і не видно.
Сама поверхня диска дуже і дуже гладка, перепад висот лежить в межах 10 нм, що можна порівняти з шорсткістю поверхні монокристалічного кремнію. А ось і зображення в режимі фазового контрасту, які відповідають розподілу магнітних доменів на поверхні, тобто ми бачимо фактично окремі біти інформації:
АСМ-зображення поверхні жорсткого диска. Справа представлені зображення у фазовому контрасті
Трошки про фазовий контрасті: спочатку голка АСМ-мікроскопа «обмацує» рельєф, потім знаючи рельєф і повторюючи його форму голка робить другий прохід на відстані 100 нм від зразка, щоб «заглушити» дію Ван-дер-ваальсово сил і «виділити» дію магнітних сил.
Цей нюанс називається - суперпарамагнітна межа. Тобто існує певний критичний розмір частки, після якого ферромагнетик вже при кімнатній температурі переходить в парамагнітний стан. Тобто теплової енергії вистачає, що провертати, переорієнтувати такий маленький магнітик. У разі магнітного запису часто надходять у такий спосіб: роблять один з розмірів «магнітика» більше, ніж два інших (це добре видно на зображенні з розподілом магнітних доменів), тоді в цьому більшому напрямку магнітний момент зберігається.
Так ось, якщо в разі паралельного запису я ще можу повірити, що шар магнетика десятки нанометрів при розмірах 1 біта в кілька мікрометрів, то в разі перпендикулярного запису - цього просто не може бути. Товщина такої намагнічуватися області при мінімальних розмірах в площині диска, просто зобов'язана бути мінімум кілька мікрометрів. Так що, можливо, Вікі трошки подвірает.
Або наносять магнетик у вигляді наночастинок діаметром 10-20 нм, а вже потім якимось «хитрим» чином розбивають диск на області, які і відповідають за зберігання інформації. На жаль, я не повністю задовольнив свою цікавість і відповів на питання про магнітного запису інформації, може бути хто-небудь допоможе ?!
Порівняння паралельного і перпендикулярного методів запису інформації на жётскіх дисках.