Ring oss skeptiska, men vi slår vad om att du inte visste 7,7,8,8-tetracyanokinodimetan finns i din dator. Det är inte nästan så känt som kisel, men dagens moderkort skulle inte vara nästan lika pålitliga utan det.

Det här är bara toppen av isberget. Datorerna är byggda av en rad dunkla material, varav många är extremt dyra och svåra att gruva eller extrahera. Chansen är att du inte skulle kunna beskriva egenskaperna hos neodym, ruthenium eller gallium, men de har alla en viktig roll att spela för att hålla datorn köra smidigt.

Här tar vi en whistle stop turné på datorn, komponent efter komponent, delving i de fantastiska ämnen som används vid tillverkningen. Vi får se något av deras unika egenskaper och varför de används, men vi ska också undersöka materialet själva för att se hur de ser ut och var de kommer ifrån.

Vi kommer att fundera över vad som kommer att hända när leveranser av de sällsynta elementen går torr, undersöka om dessa kemikalier utgör en hälsorisk och avslöja kända och fascinerande fakta om dessa mest mystiska material.

Naturligtvis kan det hända att du har några fakta att få dig att förbättra din PCs prestanda eller välja nästa uppgradering, men du kommer att gå till en flygande start när du blir nästa frågad, i en pubquiz, Vad länkar tantal och niob.

Silikonflis

Så, kiselchips - och här kan vi inkludera processorn, minnet, GPU och Southbridge-chipet - är gjorda av kisel, till höger?

Tja kisel är avgörande, men inget chip som helt tillverkas av kisel skulle kunna fungera. Att titta på en bit av kisel skulle du tro att det var en metall, men om du skulle släppa det är chansen att det skulle splittras, vilket inte är vad du förväntar dig av en metall. Med egenskaper mellan metall och icke-metaller är kisel en del av en liten grupp av kemiska element som kallas metalloider eller halvmetaller.

Semi-metallic är också hur du beskriver kiselens elektriska egenskaper - det kommer att leda elektricitet, men inte så bra. Genom dopning av kisel - den tekniska termen för att lägga till en liten mängd av ett annat element - kan dess ledningsförmåga dock förbättras avsevärt.

Detta är nyckeln till transistorns funktion, det grundläggande byggstenen för alla elektroniska kretsar. För att skära en lång historia kort, dopar dopningen med bor eller arsenik i något som kallas p-typ halvledare, medan dopning med fosfor eller gallium skapar en n-typ halvledare.

Anledningen till detta är för komplicerat för att förklara här, men genom att kombinera halvledarmaterial av n-typ och p-typ slutar du med en transistor och genom att ansluta tillräckligt många av dem kan du skapa en processor.

Transistorerna är anslutna med tunna kopparremsor. Ett komplicerat chip kommer att behöva flera lager av koppar spår, så lager av isolerande material måste användas i mellan för att förhindra dem kortsluta.

Isolatorn är kiseldioxid - samma förening som utgör rent vit sand. Detta kan enkelt framställas genom att oxidera ytan av kiselplattan när flisorna tillverkas.

Den exotiska blandningen av kemikalier i en processor slutar inte här. Intel och IBM gjorde rubrikerna för några år sedan när de började använda ett element som heter hafnium för att förbättra prestanda hos sina marker. Om du inte har hört talas om detta dunkla element innan, så är du i gott skick.

Det är tillräckligt att säga, det är en metall, och dess nära grannar i det periodiska bordet är de lika sällsynta elementen lutetium, tantal och det radioaktiva materialet rutherfordium. Om du hanker efter lite kända fakta, heter den efter Hafnia, som är latinska namnet på den danska huvudstaden, Köpenhamn, där det upptäcktes 1923.

Oroväckande, på grund av dess användning i kontrollstavarna för kärnreaktorer, har vissa experter föreslagit att det kommer att gå tomt inom 10 år med nuvarande konsumtionsnivåer. Det är dock länge i halvledarvärlden, och vi är övertygade om att ett alternativ - kanske zirkonium - kommer att gå upp till märket.

Medan den uppenbara bristen på hafnium kan föreslå att det skulle vara dyrt finns det ett annat element som finns i många processorer som kostar ungefär 50 gånger mer, gram för gram.

Guld används endast i mycket små mängder, men används som plätering på stift eller kuddar av de flesta högpresterande processorer. Egenskapen som gör det så bra material för smycken gör det också till en utmärkt metall för plätering av komponenter: som ett ganska oreaktivt element, det smälter inte på grund av reaktion med luften.

Detta påverkar inte bara utseendet - det betyder att den goda elektriska kontakten mellan processorn och uttaget inte minskar med tiden.

Om du anser dig själv säkerhetsmedveten kan du ha upptagit dina ögonbryn med hänvisning till ett visst element som används i halvledarframställning. För hundra och femtio år sedan, när den korniga tennbrytningsindustrin var i full gång, var detta element en biprodukt av tennproduktion och såldes till Amerika som en bekämpningsmedel i kampen mot bollväxelbaggen som var förödande för landets bomullsgrödor.

Elementet i fråga är arsenik, en mindre beståndsdel i tinmalmkassiteriten, och som avdrivits genom värmebehandling i en kalcinerare och kondenseras i en kammare som kallas en labyrint. Med tanke på att de unga pojkarna som var anställda för att ta bort arsenet från labyrinten sällan levde bortom sina tidiga 20-tal, skulle du bli ursäktad för att ifrågasätta hur förnuftig det är att sätta det i datorer.

Du kommer bli lättad att höra att endast små delar av ett kiselchip är dopade och även då är koncentrationer uppmätta i några delar per miljon allt som behövs för att ge dem alla viktiga halvledaregenskaper. Grunden är att integrerade kretsar innehåller inte mer än spårmängder arsenik.

Hårddiskplattor

Vi vet alla att hårddiskar lagrar data magnetiskt, men det finns få likheter mellan dem och det gamla DAT-formatet som användes på 1980-talet. Båda använder ett huvud för att läsa och skriva data till magnetiska medier, men där slutar likheten.

Magnetiska skivor använder en mycket effektivare form av inspelning än vad som är möjligt med ett böjligt band, även om effektiviteten kommer till ett pris. Medan magnetband är ett enkelt, billigt band av plastfilm impregnerad med järnoxid (rost) eller mer nyligen krondioxid, tillverkas disketten av en hårddisk i en mycket dyrare process med flera steg som kräver en extremt hög grad av noggrannhet, och använder några intressanta och esoteriska material.

Utgångspunkten är en vanlig disk, bearbetad till höga toleranser från ett icke-magnetiskt material. På detta sätt kan de magnetiska egenskaperna exakt finjusteras genom att lägga tunna lager av andra material.

Skivan tillverkas vanligtvis av glas eller metall. Aluminium är ett bra val eftersom det är lätt och icke-magnetiskt, men hårddiskar måste vara robusta och aluminium är inte tillräckligt svårt i sig. I stället är det material som används en legering av aluminium och magnesium, plus små mängder av andra element som kisel, koppar och zink.

Det finns därför fem eller flera ämnen i den tomma skivan, men ingen av dem är exakt sällsynta eller ovanliga - desto mer esoteriska material används senare.

Skivan spinner upp till 7 200 rpm, och läs- / skrivhuvudet svävar miljoner av en millimeter ovanför det, så eventuella ojämnheter skulle vara katastrofala - huvudet skulle krascha omedelbart. Det är inte möjligt att polera aluminiumlegering till den nödvändiga jämnheten, så ämnet måste beläggas i ett skikt av ett ämne som heter NiP, vilket kan ta den höga polska.

Detta material är en legering av nickel och fosfor. En legering anses vanligtvis som en blandning av ämnen som delar sina egenskaper, men NiP kan inte vara mer annorlunda än dess beståndsdelar.

Fosfor är ett icke-metalliskt element, och en mycket reaktiv i det. I sin vita elementära form kommer den att antändas spontant i luft och brinna hård. Det är också mycket giftigt och lyser i mörkret. Men som nickel har NiP alla egenskaper hos en metall och är relativt inert.

Konstigt, medan nickel är magnetisk, är NiP inte. De flesta andra material på plattan är ansvariga för dess magnetiska egenskaper. Järn är det mest kända magnetiska materialet, men de som du hittar på en hårddisk är mycket mer intressanta. Det finns många magnetiska (eller, för att vara mer exakta, ferromagnetiska) metaller, men de som används på en hårddisk väljs för de sätt på vilka de interagerar.

Eftersom en mer detaljerad förklaring skulle ta oss in i fysikens invecklingar, kommer vi att vara väl klara av "varför" och koncentrera sig helt och hållet på "vad". Först finns det något som kallas det mjuka magnetiska underlaget, som är tillverkat av en legering av kobolt, nickel och järn.

I de högsta prestandaskivorna delas det mjuka magnetiska underlaget i två med ett tunt skikt av elementrutheniumet. Endast en mycket liten mängd behövs, vilket är lika bra - som det 74: e rikaste elementet på jorden (och det finns bara 90 naturligt förekommande element) är ruthenium sällsyntare än både guld och platina.

Redovisning för en del per miljard av jordskorpan produceras bara 12 ton årligen, vilket bara räcker för att göra en en-meter kub. Dess namn kommer från Ruthenia, det latinska ordet från 1300-talet för det gamla landet Rus, som innehöll delar av dagens dag Ryssland, Vitryssland, Ukraina, Slovakien och Polen.

Det sanna inspelningsskiktet är där vi hittar de riktigt dyra materialen, eftersom vi nu tittar på en legering av kobolt, krom och platina. Även om platina är rikligare än ruthenium, eftersom det har så många fler användningsområden - mestadels som katalysator i kemisk industri och katalysatorer i bilar - är det mycket dyrare. För närvarande säljer den för $ 1 500 per Troy uns, som fungerar som över $ 48 000 per kilo.

Hårddiskhuvuden

Sällsynta och dyra element finns inte bara på fatet, som vi ser när vi tittar på den andra viktiga delen av en hårddisk - läs / skrivhuvudet. Huvudet är fastsatt på en armaggregat, som kan röra sig för att komma åt någon av de koncentriska spåren av data på plattan.

En integrerad del av armen är en trådspole som rör sig i ett magnetfält när en elektrisk ström appliceras. Det magnetiska fältet tillhandahålls av en mycket kraftfull magnet, av vilken en huvudbeståndsdel är neodym.

Neodym ser mycket likadant ut som någon annan metall, men det är unikt att vara den mest magnetiska av alla element. I sin råa form är egenskapen inte särskilt användbar, eftersom neodym har så låg curie-punkt - temperaturen över vilken magnetism förloras - att allt som innehåller en neodymmagnet skulle behöva kylas.

Det är här de andra metallerna kommer in. Genom att blanda två delar av neodym med 14 delar järn och en del bor, uppnås en kombination av stark magnetism och en hög curie-punkt. Och vi talar verkligen om starka magneter - en neodym-järn-bormagnet kan lyfta över tusen gånger det har egen vikt.

Detta har orsakat säkerhetsproblem - om du någonsin försöker demontera en gammal hårddisk, se till att dina fingrar är bra ur vägen om paret av neodymmagneter befinner sig ihop tillsammans.

Det är inte allt - även om neodym, järn och bor är alla formbara, legeringen som används i magneter är skör, så om du tillåter ett par neodymmagneter att klämma ihop från vilket avstånd som helst, se upp för flygande skär av legering.