Almacenamiento magnético

El almacenamiento magnético o grabación magnética consiste en guardar datos en un soporte magnetizado . Este tipo de almacenamiento utiliza diferentes patrones de magnetización en un material magnetizable y constituye una forma de memoria no volátil . Se accede a la información mediante uno o más cabezales de lectura/escritura .

Los soportes de almacenamiento magnético, principalmente los discos duros , se utilizan ampliamente para almacenar datos informáticos , así como señales de audio y vídeo . En el ámbito de la informática, se prefiere el término «almacenamiento magnético» , mientras que en la producción audiovisual se utiliza más comúnmente el término «grabación magnética» . La distinción es menos técnica y más una cuestión de preferencia. Otros ejemplos de soportes de almacenamiento magnético incluyen los disquetes , las cintas magnéticas y las bandas magnéticas de las tarjetas de crédito.

El almacenamiento magnético en forma de grabación de alambre —grabación de audio en un alambre— fue divulgado por Oberlin Smith en la edición del 8 de septiembre de 1888 de Electrical World . ^{[ 1 ]} Smith había presentado previamente una patente en septiembre de 1878, pero no encontró oportunidad de desarrollar la idea ya que su negocio era de máquinas herramienta. La primera grabadora magnética demostrada públicamente, en la Exposición de París de 1900 , fue inventada por Valdemar Poulsen en 1898. El dispositivo de Poulsen grababa una señal en un alambre enrollado alrededor de un tambor. En 1928, Fritz Pfleumer desarrolló la primera grabadora de cinta magnética . Los primeros dispositivos de almacenamiento magnético fueron diseñados para grabar señales de audio analógicas . Las computadoras y ahora la mayoría de los dispositivos de almacenamiento magnético de audio y video graban datos digitales .

En informática, el almacenamiento magnético también se utilizaba como almacenamiento primario en forma de tambor magnético , memoria de núcleo magnético , memoria de cuerda magnética , memoria de película delgada , memoria twistor o memoria de burbuja . A diferencia de los ordenadores modernos, la cinta magnética también se utilizaba con frecuencia como almacenamiento secundario.

La información se escribe y se lee del medio de almacenamiento a medida que pasa por dispositivos llamados cabezales de lectura/escritura, que operan muy cerca (a menudo a decenas de nanómetros) de la superficie magnética. El cabezal de lectura/escritura se utiliza para detectar y modificar la magnetización del material que se encuentra justo debajo. Existen dos polaridades magnéticas, cada una de las cuales representa 0 o 1.

La superficie magnética se divide conceptualmente en muchas regiones magnéticas pequeñas de tamaño submicrométrico , denominadas dominios magnéticos (aunque no lo son en un sentido físico riguroso), cada una con una magnetización mayormente uniforme. Debido a la naturaleza policristalina del material magnético, cada una de estas regiones magnéticas está compuesta por unos pocos cientos de granos magnéticos . Los granos magnéticos suelen tener  un tamaño de 10 nm y cada uno forma un único dominio magnético verdadero . Cada región magnética en su conjunto forma un dipolo magnético que genera un campo magnético . En los diseños antiguos de discos duros (HDD), las regiones estaban orientadas horizontalmente y paralelas a la superficie del disco, pero en los discos más recientes, la orientación se cambió a perpendicular para permitir un espaciado más estrecho entre los dominios magnéticos. ^{[ 2 ]}

Los discos duros más antiguos utilizaban óxido de hierro(III) (Fe₂O₃ _{) como} material magnético, pero los discos actuales utilizan una aleación a base de cobalto . ^{[ 3 ]}

Para un almacenamiento fiable de datos, el material de grabación debe resistir la autodesmagnetización, que se produce cuando los dominios magnéticos se repelen entre sí. Los dominios magnéticos grabados demasiado cerca unos de otros en un material poco magnetizable se degradarán con el tiempo debido a la rotación del momento magnético de uno o más dominios para contrarrestar estas fuerzas. Los dominios giran lateralmente hasta una posición intermedia que reduce la legibilidad del dominio y alivia las tensiones magnéticas.

Un cabezal de escritura magnetiza una región generando un fuerte campo magnético local, y un cabezal de lectura detecta la magnetización de dichas regiones. Los primeros discos duros (HDD) utilizaban un electroimán tanto para magnetizar la región como para leer su campo magnético mediante inducción electromagnética . Las versiones posteriores de cabezales inductivos incluían cabezales de metal en espacio (MIG) y cabezales de película delgada . Con el aumento de la densidad de datos, se empezaron a utilizar cabezales de lectura con magnetorresistencia (MR); la resistencia eléctrica del cabezal variaba según la intensidad del magnetismo del plato. El desarrollo posterior aprovechó la espintrónica ; en los cabezales de lectura, el efecto magnetorresistivo era mucho mayor que en los tipos anteriores, y se denominó magnetorresistencia gigante (GMR). En los cabezales actuales, los elementos de lectura y escritura están separados, pero muy próximos, en la parte del cabezal de un brazo actuador. El elemento de lectura suele ser magnetorresistivo, mientras que el de escritura suele ser inductivo de película delgada. ^{[ 4 ]}

El aire que se encuentra muy cerca del plato impide que los cabezales entren en contacto con la superficie del mismo; este aire se mueve a la misma velocidad o casi a la misma velocidad que el plato. El cabezal de grabación y reproducción está montado sobre un bloque llamado deslizador, y la superficie adyacente al plato tiene una forma que evita que entre en contacto con él por muy poco. Esto crea una especie de cojinete de aire .

Los cabezales de disco magnético y de cinta magnética no pueden transmitir corriente continua (CC), por lo que los esquemas de codificación para datos de cinta y disco están diseñados para minimizar el desplazamiento de CC . La mayoría de los dispositivos de almacenamiento magnético utilizan corrección de errores . ^{[ 8 ]}

Muchos discos magnéticos utilizan internamente alguna forma de codificación de longitud de ejecución limitada y de máxima verosimilitud de respuesta parcial .

A partir de 2021Los usos comunes de los soportes de almacenamiento magnético son el almacenamiento masivo de datos informáticos en discos duros y la grabación de audio y vídeo analógicos en cintas analógicas . Dado que gran parte de la producción de audio y vídeo se está trasladando a sistemas digitales, se espera que el uso de discos duros aumente a expensas de las cintas analógicas. Las cintas digitales y las bibliotecas de cintas son populares para el almacenamiento de datos de alta capacidad para archivos y copias de seguridad. Los disquetes tienen un uso marginal, particularmente para trabajar con sistemas informáticos y software antiguos. El almacenamiento magnético también se utiliza ampliamente en algunas aplicaciones específicas, como cheques bancarios ( MICR ) y tarjetas de crédito/débito ( bandas magnéticas ).

Se está produciendo un nuevo tipo de almacenamiento magnético, llamado memoria de acceso aleatorio magnetoresistiva o MRAM, que almacena datos en bits magnéticos basados ​​en el efecto de magnetorresistencia de túnel (TMR). Su ventaja es la no volatilidad, el bajo consumo de energía y una buena robustez ante golpes. La primera generación desarrollada fue producida por Everspin Technologies y utilizó escritura inducida por campo. ^{[ 9 ]} La segunda generación se está desarrollando a través de dos enfoques: conmutación asistida térmicamente (TAS) ^{[ 10 ]} que actualmente está siendo desarrollada por Crocus Technology , y par de transferencia de espín (STT) en el que Crocus , Hynix , IBM y varias otras compañías están trabajando. ^{[ 11 ]} Sin embargo, con una densidad de almacenamiento y capacidad órdenes de magnitud menores que un disco duro , la MRAM es útil en aplicaciones donde se requieren cantidades moderadas de almacenamiento con la necesidad de actualizaciones muy frecuentes, lo que la memoria flash no puede soportar debido a su limitada resistencia a la escritura. También se está desarrollando MRAM de seis estados, que imita las celdas de memoria flash multinivel de cuatro bits, que tienen seis bits diferentes, en lugar de dos. ^{[ 12 ]}

Aleksei Kimel, de la Universidad de Radboud en los Países Bajos ^{[ 13 ],} también está investigando la posibilidad de utilizar radiación de terahercios en lugar de electropulsos estándar para la escritura de datos en soportes de almacenamiento magnético. Mediante la radiación de terahercios, el tiempo de escritura se puede reducir considerablemente (50 veces más rápido que con los electropulsos estándar). Otra ventaja es que la radiación de terahercios prácticamente no genera calor, lo que reduce las necesidades de refrigeración. ^{[ 14 ]}

• Cinta de audio digital
• Almacenamiento de datos digitales
• Almacenamiento en disco
• brecha de Karlqvist
• Memoria de acceso aleatorio magnetoresistiva (MRAM)
• Métodos de registro magnético:
  • Grabación magnética asistida por calor (HAMR)
  • Registro magnético longitudinal (RML)
  • Registro magnético perpendicular (RMP), también conocido como registro magnético convencional (RMC)
  • Grabación magnética superpuesta (SMR)
• Marvin Camras (1916–1995), ingeniero eléctrico e inventor estadounidense, principal contribuyente a la tecnología de grabación magnética.

• Historia de la grabación magnética (BBC/H2G2)
• Historia selecta de la grabación magnética
• Oberlin Smith y la invención de la grabación magnética de sonido.
• Historia de la grabación magnética en el sitio web de la UC San Diego (CMRR).
• Una cronologíade grabación magnética.
• Science Reporter, ISSN 0036-8512, VOLUMEN 43, NÚMERO 7, JULIO DE 2006, "Grabación magnética: una tecnología revolucionaria" 
• "Conozca sus soportes de almacenamiento digital: una guía de los tipos más comunes de soportes de almacenamiento digital que se encuentran en los archivos" . EE. UU.: Universidad de Texas en San Antonio.