磁性超高密度存儲的若干種新技術研究.pdf

1、磁記錄，特別是硬盤磁記錄，以其經濟性和可靠性，成為現代信息存儲的最重要手段。從硬盤誕生之日起，其記錄密度一直保持良好的增長勢頭。新的磁頭技術和介質技術的不斷開發(fā)和運用，使硬盤記錄位尺寸持續(xù)地縮小，從而在單位面積介質上容納更多的信息。目前主流的垂直磁記錄硬盤的記錄密度已經接近400 Gbit/in2。為了進一步滿足全球信息總量的快速增長，1 Tbit/in2以上的超高密度的磁記錄方式成為研究的熱點。
　　然而由于存在超順磁效應的物理

2、極限，僅僅依靠縮小記錄位尺寸的方法已經無法適用。各種新型的磁記錄方法被提出，其中熱輔助磁記錄(Heat assistedmagnetic recording，HAMR)是一種很有應用前景的技術，另外交換耦合介質(Exchange coupled composite，ECC)則從介質材料入手，試圖解決介質熱穩(wěn)定性和可寫性的矛盾。除了傳統(tǒng)的硬盤磁記錄，基于磁性納米線中疇壁移動的Racetrack Memory是一種嶄新的概念，對磁疇壁的精確

3、控制是其關鍵。本文就是在這種背景下，對熱輔助磁記錄在不同介質中的動態(tài)讀寫性能進行了研究，同時在介質材料方面提出了以[Co/Ni]N多層膜等材料為軟磁層的FePt基交換耦合介質，另外對磁性納米線中疇壁的釘扎作用進行了研究和探討。
　　本論文的主要內容包含三部分：
　　第一，利用遠場光學，結合業(yè)界常用的硬盤動態(tài)測試設備Guzik Spinstand，我們搭建了一個熱輔助磁記錄測試平臺，可以測試環(huán)形磁頭在不同介質上的讀寫性能，并運

4、用激光聚焦加熱的方法模擬熱輔助磁記錄的工作條件。在這個測試平臺上，測試了不同的磁頭/介質組合的熱輔助磁記錄性能。實驗結果表明，在矯頑力為6.8 kOe的高矯頑力CoCrPt垂直介質上，激光的加入增強了磁頭對介質的寫入能力，寫入信號強度和信噪比大幅提升。在高矯頑力介質上，熱輔助磁記錄能支持更高的信號寫入頻率，從而在單條磁道上，實現了線密度增長4倍。然而在3.0 kOe和4.8 kOe的低矯頑力介質中，提高激光功率或者是寫入電流反而導致寫入

5、信號強度的下降。分析表明，這是由于磁頭返回場的部分擦除效應所引起，這種效應報道于垂直磁記錄中的單極磁頭。環(huán)形磁頭的磁頭場分布因垂直介質的存在而發(fā)生了改變，低矯頑力介質更容易受到環(huán)形磁頭的返回場干擾。在熱輔助磁記錄的磁頭和介質設計中，需要注意這種效應的影響。
　　第二，與熱輔助磁記錄的思路不同，交換耦合復合介質并不改變磁頭寫入的方式，而是通過對介質的調整解決介質顆粒熱穩(wěn)定性與可寫性的矛盾。理論和實驗都表明，軟硬磁層的耦合能夠有效降低

6、復合結構的翻轉場。我們選用典型的高Ku材料L10相FePt作為硬磁層，在此基礎上首次提出了以垂直的[Co/Ni]N多層膜為軟磁材料與FePt組合成為交換耦合介質。通過實驗測量了[Co/Ni]N多層膜的厚度對降低復合結構翻轉場的作用，并利用一層很薄的非磁性層Pt來調節(jié)[Co/Ni]N多層膜與FePt之間的耦合強度，證實了在軟磁層較薄的情況下，適當的解耦合有助于降低復合結構翻轉場；而對于厚軟磁層，Pt中間層的解耦合作用直接導致翻轉場的增加，

7、這對于交換耦合介質是不利的。除了[Co/Ni]N多層膜，我們也使用[Co/Pt]N多層膜結構作為軟磁層，并制備了成分比例不同的兩組系列，分別為[Co(0.2 nm)/Pt(0.6 nm)]N和[Co(0.2 nm)/Pt(0.3 nm)]N。通過對比這兩種L10-FePt/[Co/Pt]N復合結構的翻轉場下降情況，驗證了軟磁層的各向異性和飽和磁化強度對復合結構翻轉場的影響。更進一步，我們將交換耦合介質的雙層膜結構，拓展為三層膜結構，在F

8、ePt/Fe軟硬磁層之間插入一層具有中間性質的Co層，并調整Co的厚度，得到性能更優(yōu)異的復合結構，驗證了梯度型介質的概念，并從實驗上探測到磁矩翻轉過程。
　　第三，對納米線中磁疇壁的運動規(guī)律，本文主要研究的是坡莫合金磁性納米線中一種非對稱凹陷結構對磁疇壁的釘扎作用。利用聚焦的磁光克爾效應測量，實驗觀察到磁疇壁的釘扎現象，并測量得到了脫釘扎場(Depinning Field)的分布。在往同一個方向運動時，順時針和逆時針的渦旋疇壁，其