La domanda di conservazione e gestione delle informazioni è inarrestabile, veramente insaziabile e proviene ormai da tutti i settori della vita moderna. Nel 2007 sono stati immagazzinati ben circa 15 milioni di terabyte (1 Tera corrisponde a mille miliardi), con una velocità di crescita, negli ultimi anni, del 50 % l'anno, che è destinata ad aumentare.

Per esempio, è di queste settimane la notizia che in Inghilterra, per motivi di sicurezza legati agli atti terroristici, le compagnie telefoniche saranno obbligate a registrare e conservare per un anno tutte le conversazioni per renderle disponibili alle autorità politiche e amministrative. Trattandosi di una disposizione dell'Unione Europea, ci si aspetta che anche gli altri paesi facciano altrettanto. La mole di dati da conservare diventerà mostruosa.

Oggi sarebbe impossibile una conservazione dei dati in forma cartacea. Basti pensare che un solo terabyte in forma cartacea riempirebbe 20 grattacieli dell'altezza dell'Empire State building di New York. Servirebbero intere città di deposito cartaceo. Il problema della riduzione della conservazione cartacea è talmente sentito che la Xerox ha brevettato recentemente un sistema che porta alla scomparsa dell'inchiostro dopo 24 ore, per quei documenti che non si intendono conservare, permettendo quindi il riutilizzo della carta.

La conservazione dei dati oggi è affidata prevalentemente alla registrazione magnetica, che rappresenta la tecnologia dominante nel settore, della quale il disco rigido rappresenta il dispositivo di base, il più conveniente, diffuso e versatile per molte ragioni, tra cui l'elevata capacità di memoria ed il basso costo.

Le applicazioni sono non solo nei computer, ma anche in altri settori , tra cui quello dell'audio/video e della telefonia cellulare. Nel 2007 il mercato dei dischi rigidi ha raggiunto un volume di affari che si aggira sui 30 miliardi di dollari, con la produzione di circa 500 milioni di dischi.

Rispetto al primo hard disk, commercializzato dall'IBM nel 1956, i progressi sono stati enormi e rapidissimi: la densità di informazione è aumentata di 100 milioni di volte (da 2000 bit per pollice quadro a 240 miliardi); le dimensioni si sono drasticamente ridotte, dai 50 piatti impilati da 24 pollici ciascuno del primo hard disk agli attuali mini dischi da un pollice; la velocità di accesso ai dati è aumentata di 100000 volte, da 70 migliaia di bit al secondo a 180 milioni di bit al secondo; negli ultimi 20 anni il costo per bit di informazione è diminuito di 10000 volte, da 200 $ a meno di 1 cent per Megabyte.

I progressi nel settore della registrazione magnetica sono dovuti allo sviluppo delle ricerche di magnetismo fondamentale, in particolare sul comportamento delle particelle magnetiche, e della scienza dei materiali e della tecnologia nell'ingegnerizzazione di nuovi mezzi magnetici e nuove testine di lettura e scrittura.

Un grossissimo contributo allo sviluppo dei dischi rigidi è stato fornito dai due ultimi premi Nobel per Fisica, Albert Fert e Peter Gruenberg, grazie alla loro scoperta (nel 1988) del fenomeno della magnetoresistenza gigante, che ha aperto la strada ad una nuova generazione di testine di lettura, le testine magnetoresistive.

Queste hanno determinato un'impennata nella densità di registrazione (si è passati dal 30% al 60% di aumento di densità l'anno), consentendo di leggere dischi con densità elevatissime, illeggibili con le vecchie testine induttive. La spinta verso l'immagazzinamento di un sempre maggior numero di dati su superfici sempre più piccole ha portato al raggiungimento di condizioni operative estremamente critiche, ormai vicine ai limiti fisici.

Basti pensare che quando la testina di lettura "vola" ad una distanza di 10 nanometri (un manometro è un milionesimo di millimetro) al di sopra della superficie del film magnetico nel disco rigido, questa situazione corrisponde a quella di un jumbo che vola alla velocità di 900 km orari ad un distanza di soli 1.5 mm dal suolo.

Per far fronte all'incessante aumento di richiesta di aumento delle informazioni sono necessarie tecnologie radicalmente innovative e nuove architetture di dischi rigidi. Tra queste la piu' promettente è quella dei dischi così detti "patterned", costituiti da strutture regolari di nanomagneti nelle quali ognuno rappresenta un bit di informazione. Con questa nuova architettura di disco rigido si prevede di poter raggiungere densità di registrazione dell'ordine dei 1 Terabit per pollice quadro.

Ai dischi "patterned" è stata dedicata un relazione su invito del Dr. Thomas Thomson, del centro di ricerca Hitachi a San José, nel corso della VI Conferenza Internazionale sulle Nanoparticelle Magnetiche (9-12 Ottobre), tenutasi a Roma, presso il CNR, ed organizzata dal Progetto Magnetismo e Superconduttività del Dipartimento Materiali e Dispositivi del CNR. Anche l'Italia è attiva con successo sui dischi "patterned", come testimoniato da un premio Descartes per l'eccellenza scientifica, assegnato al progetto Europeo "HIDEMAR" , coordinato dall'Istituto di Struttura della Materia del CNR (ISM).

Nell'ambito della ricerca di nuove soluzioni ed architetture di dischi rigidi l'ISM sta sviluppando mezzi magnetici così detti "tilted" per la registrazione magnetica perpendicolare, in cui i momenti magnetici di leghe CoPt formano un angolo di circa 45° rispetto alla perpendicolare al piano del film. Una tale configurazione offre come vantaggi la possibilità di raggiungere densità dell'ordine del Tb/in2, un significativo aumento del rapporto segnale/rumore, grazie alla riduzione della distribuzione dei campi di inversione della magnetizzazione, ed un miglioramento della scrivibilità del mezzo di registrazione.

La nostra dipendenza dall'immagazzinamento magnetico dei dati sta diventando quindi sempre maggiore e ciò rende spontanea la domanda sulla stabilità di tali dati nel tempo e la preoccupazione che questi possano essere cancellati.

Tuttavia i rischi di perdita delle informazioni si sono estremamente ridotti, grazie alla sempre maggiore stabilità chimica e magnetica dei nuovi materiali utilizzati nei mezzi di registrazione magnetica. A garantire la stabilità dei dati immagazzinati è, in particolare, l'energia di anisotropia magnetica (energia che rende stabile una certa direzione della magnetizzazione di un bit e quindi stabile il bit di informazione) del materiale usato.

Tale energia, per offrire garanzie di conservazione dell'informazione per almeno 10 anni, deve essere 60 volte più alta dell'energia termica. Nei materiali di nuova generazione, le leghe metalliche FePt e CoPt, tale energia può essere anche anche 100 volte superiore all'energia termica, grazie alla particolare struttura cristallina (tetragonale) che garantisce alta anisotropia (anisotropia magnetocristalllina).

Alle ricerche volte a garantire maggiore stabilità delle informazioni si uniscono gli sforzi per rendere più solido l'hardware, resistente agli agenti esterni ed ad eventi accidentali, quali cadute. Per esempio la Panasonic, per verificare la solidità del computer portatile, lo ha sottoposto a veri e propri "crash test", tipo improvvisi sbalzi termici (tra -40 a + 80 °C), improvvise variazioni di umidità (dal 20 al 95%), immersione nell'acqua, applicazione di elevate pressioni, fino ad un peso 100 kG.

I risultati dei test hanno mostrato che i componenti elettronici del notebook rimangono asciutti ed intatti, grazie ad un particolare sistema di protezione. L'hard disk è protetto da urti e vibrazioni, essendo integrato in uno chassis in magnesio con cuscinetti ammortizzatori in materiali high tech. In Iraq migliaia di soldati americani utilizzano proprio questo tipo di portatile Panasonic, potenziato per uso militare.

Questo è un esempio di quanto sia sentito il problema del rischio di perdita dei dati immagazzinati a seguito del danneggiamento dell'hardware.

Il Dr. Dino Fiorani, Dirigente di Ricerca presso l'Istituto di Struttura della Materia, è responsabile del Progetto Magnetismo e Superconduttività del Dipartimento Materiali e Dispositivi del CNR. E' stato il Chairman della International Conference on Magnetism (2003) e della VI International Conference on fine magnetic particles (Roma, CNR, 9-12 Ottobre, 2007).

Ha coordinato il progetto europeo HIDEMAR, vincitore nel 2005 di un premio Descartes nel settore dei dischi "patterned". Coordina il gruppo di magnetismo dell'ISM attivo sui mezzi per registrazione magnetica. Suoi principali collaboratori: Dr.ssa Elisabetta Agostinelli e Dr. Alberto Maria Testa. Post doc e dottorandi: Gaspare Varvaro, Sara Laureti, Davide Peddis.