Imagine um avião voando a um milímetro acima do solo
e dando uma volta em torno da Terra a cada 25 segundos
e ainda contando cada folha de grama presente no solo.
Reduza tudo isso até que caiba na palma da sua mão,
e você teria algo equivalente a um disco rígido moderno,
que pode armazenar mais informação do que a biblioteca de sua cidade.
Como é que ele armazena tanta informação em um espaço tão pequeno?
Em cada disco rígido existe uma pilha de discos girando em alta velocidade
enquanto uma cabeça de gravação sobrevoa cada superfície da pilha.
Cada disco é revestido por uma película com minúsculos grãos de metal magnetizado,
e seus dados não estão ali em uma forma que você possa reconhecer.
Eles são gravados como um padrão magnético
formado por grupos desses pequenos grãos.
Em cada grupo, também conhecido por bit,
todos os grãos são alinhados magneticamente
em um estado, dentre dois possíveis,
que correspondem aos dígitos zero e um.
Os dados são gravados no disco
através da conversão de sequências de bits em corrente elétrica
alimentada através de um eletroímã.
Este ímã gera um campo que é forte o suficiente para mudar a direção
de magnetização do grão do metal.
Uma vez que esta informação é escrita no disco,
o dispositivo usa um leitor magnético
para converter os bits em algo compreensível,
semelhante a como a agulha do fonógrafo traduz em música os sulcos de um vinil.
Mas como você pode obter tanta informação de apenas zeros e uns?
Bem, colocando muitos deles juntos.
Por exemplo, uma letra é representada em um byte ou oito bits,
e cada foto sua possui, em média, vários megabytes,
que é o equivalente a 8 milhões de bits.
Como cada bit deve ser escrito em uma área física do disco,
estamos sempre buscando aumentar a densidade de área do disco,
ou quantos bits podem ser espremidos em uma polegada quadrada do disco.
A densidade de área de um disco hoje é de 600 gigabits por polegada quadrada,
300 milhões de vezes maior do que aquela do primeiro disco rígido da IBM de 1957.
Este avanço incrível na capacidade de armazenamento
não se deu apenas através da miniaturização dos componentes,
mas envolveu múltiplas inovações.
Uma técnica chamada processo de litografia de película fina
permitiu que engenheiros compactassem a leitura e a escrita.
E apesar de pequeno, o leitor tornou-se mais sensível
aproveitando-se de novas descobertas
de propriedades magnéticas e quânticas da matéria.
Foi possível agrupar ainda mais os bits graças a algoritmos matemáticos,
que filtram o ruído da interferência magnética
e encontram as sequências de bits mais prováveis a cada leitura de bloco.
E o controle da expansão térmica da cabeça de gravação,
habilitado por um aquecedor sob o gravador magnético,
permite que ela deslize à distância de menos de cinco nanômetros
acima da superfície do disco,
o que equivale a largura de duas fitas de DNA.
Nas últimas décadas,
o aumento exponencial da capacidade de armazenamento
e do poder de processamento
seguiu um padrão conhecido como a Lei de Moore,
que, em 1975, previu que a densidade de informação dobraria a cada dois anos.
Mas no limite de 100 gigabits por polegada quadrada,
onde os grãos magnéticos estão tão pequenos e espremidos,
surge um novo problema, chamado efeito superparamagnético.
Quando o volume de um grão magnético é muito pequeno,
sua magnetização é facilmente alterada pela energia térmica
e pode fazer com que os bits mudem seus estados,
levando à perda de dados.
Os cientistas resolveram esta limitação de uma forma extremamente simples:
alterando a direção da gravação, de longitudinal para perpendicular,
permitindo que a densidade por área seja de um terabit por polegada quadrada.
Recentemente, esse limite foi ultrapassado mais uma vez
por meio da gravação magnética com a ajuda do calor.
Este método utiliza um meio de gravação termicamente estável,
cuja resistência magnética é momentaneamente reduzida,
aquecendo-se um ponto específico com um laser
e permitindo que os dados sejam gravados.
E enquanto esses discos ainda estão em fase de testes,
cientistas já têm na cartola o próximo truque:
´"bit-patterned media",
onde os bits ficam localizados em estruturas nanométricas separadas,
permitindo uma densidade de área
na faixa de vinte terabits por polegada quadrada ou mais.
Então, graças aos esforços combinados de gerações de engenheiros,
cientistas de materiais
e físicos quânticos,
é que esta ferramenta precisa e de poder incrível
pode girar na palma da sua mão.