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可重写磁光盘的发明

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1972年,在纽约约克镇的 Thomas J. Watson 研究中心工作的三位 IBM 科学家发现,两种常见材料和一种稀有的地球元素结合后,可以轻松地反复磁化,能够高速接受大量的计算机数据。


1995年全国技术奖章

1995年 10月 18日,Praveen Chaudhari、Jerome J. Cuomo 和 Richard J. Gambino 在白宫接受克林顿总统颁发的“一般产品与工艺改进领域”的美国科技奖章。

对于“如何处理”的问题,他们经过五年的辛勤工作才找到了答案。他们直接的想法是,他们的发现将显著提高数据存储容量,并降低成本,从而使计算机硬盘发生革命性的变化。但当时,这并没有实现。

相反,他们的工作永远改变了存储领域,围绕商用的可重写磁盘或磁光盘而创造了一个巨大的行业。在改变全球各行业的 IBM 数据存储创新历史中,他们的故事成为了一个里程碑事件。

在三位研究人员的发明成功时,他们在努力追赶贝尔实验室,——作为最初的领导者,贝尔实验室一直在寻找一种新的非易失计算机存储介质,即磁泡存储器。磁泡的名字来自磁场的小圆圈,即磁畴,它是在新的、无形状材料中形成的。(无形状金属不形成晶体,这将阻止预期的磁畴。非易失意味着磁场无需动力即可保留数据。)

在 1963年加入 IBM 研究院的材料科学家 Jerry Cuomo 博士在 1970年开始研究矿物质中的磁“泡畴”。

据 1993年退休、目前在北卡罗来纳州大学担任材料科学与工程杰出研究教授的 Cuomo 称,经过七年的追求而最终发明磁光盘的故事让他想起了 Frank Capra 的电影《生活多美好》(It’s a Wonderful Life)。他说:“我们做的每件事都影响到其他人。回顾过去,我们很容易看到,带领我们发现我们孜孜以求的实质和属性的一连串事件可能在任何时候断裂。”

在多年的反复试验过程中,有三个关键的转折点。第一,他的同事 Dick Gambino(专业领域是磁学)建议将稀有地球元素钆和钴结合。Gambino 认为,这两种元素的分子结构或格子互相补充,使磁畴能够呈“垂直”分布—这是高密度磁性记录的关键必要条件。

第二,根据老同事的建议,Gambino 和 Cuomo 了解到处理材料的纯正样本的必要条件,例如钆和钴。事实证明,这一点至关重要。

最后,Praveen Chaudhari 博士负责领导 Cuomo 和 Gambino 工作的部门。Chaudhari 后来担任物理科学部主管,并在离开 IBM 之前担任科学业务副总裁,负责领导美国能源部的 Brookhaven 国家实验室。

在共同参加一次场外会议时,Chaudhari 告诉 Gambino,他根据 Cuomo 告诉他的结果而产生了一个想法。“为什么不将钆和钴的结合物放到基片上,弯曲磁畴并使其保持垂直?”

Cuomo 采用溅射技术将元素放置到基片上。这涉及到用磁化粒子撞击金属而产生原子,然后,这些原子被放置到相邻的表面上,即基片。

他将薄膜放到多种基片上,包括钼。在走到显微镜室观察它们的磁畴结构时,一位同事打断了他的工作。Gambino 在那一刻来观察样品。过了一会儿,Cuomo 听到 Gambino 大喊:“我们成功了”。

然而,他们还没有达到目标。他们成功地将钆和钴的结合物溅射到基片上—但前提是错误的。经过大量的研究,他们发现,在溅射过程中,无形状材料中的内部力量导致了他们努力寻找的垂直磁畴的形成。从商业角度来讲,这并不是开发高密度磁性记录材料的可行方式。

经过长期的试验,团队放置并且精心考察了几千种样本,从根本上了解了这种新材料及其属性。在这个长期过程中的一个时刻,放置的薄膜被钼固定器“污染”了。1972年的那个下午进行的测试表明,这种新的三组分合金表现出了优秀的属性,而这正是他们所寻找的。Cuomo 说:“这种新合金使该项技术极具吸引力和竞争力。”他们一直待到第二天凌晨四点,记录下了他们的发现的潜在应用领域。

在接下来五年内,三个人继续改进他们的发现,同时努力在世界范围内寻找需要他们新的磁泡存储器物质的 IBM 产品开发实验室。然而,在这个过程中,数据容量和磁盘存储器成本发生了巨大的变化,造成新的磁泡技术失去了商业吸引力。

但一个需要全新解决方案的新问题又出现了。在 20世纪 70年代末 80年代初,视频和多媒体文件产生的数据量提出了对于新型高容量可拆卸存储器的需求。最有希望的技术是基于激光光盘。

在多次参观 IBM 位于世界各地的工厂后,Cuomo 和他的同事找到了位于亚利桑那州的 IBM Tucson 开发实验室的工程师,这些工程师对他们的发现表现出了浓厚的兴趣。1991年,IBM 最先向市场上推出了 3.5英寸可重写光盘驱动器。在两年内,IBM 扩展了其产品线,推出了 5.25英寸驱动器和光盘库存储系统,例如 IBM® 3995 Optical Library。这种机器拥有一个光盘阵列,叫做光盘匣,最初,每个光盘匣能够存储 680兆字节的数据,而后来,存储量提高了八倍,达到 5.2千兆字节。

1995年,美国总统比尔·克林顿向发明家 Praveen Chaudhari、Jerome J. Cuomo 和 Richard J. Gambino 授予国家科技奖章—这是美国最高的技术创新奖。

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