垂直磁记录介质的制备和超快自旋动力学.研究

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1、Abstract复旦大学4博士毕业论文第一章绪论—】L【●——■-●刖雷随着人类社会步入信息化时代，人与人之间的沟通日益紧密，信息的需求呈现出信息总量增大、传递速度加快，形式不断多样化等特点。全世界在信息高速公路上每秒都有无穷多的信息在飞速地传递着，而所有这些信息的传递都需要计算机存储系统为依托，而硬盘由于综合了一系列优点成为存储信息的最佳载体。在基础研究和工业界的共同努力下，硬盘的容量一直都在稳步增长，目前已突破500GB，实现1TB(Tcrabytcs=1000GB)已为时不远。突破每平方英寸lTbits的存储密度是存储业界的共同目标。2006年1月，美国希捷

2、(Seagate)公司正式宣布了业内第一款采用垂直磁记录(perpendicularmagneticrecording)技术的2．5英寸移动型硬盘Momentus5400．3Ⅲ。其最高容量达160GB，是第一款打破150Gb大关的笔记本硬盘。垂直磁记录技术的应用使Momentus5400．3的存储面密度达到了132Gb／inch2，是业内产品的最高水平；希捷还将把垂直磁记录技术扩展应用到其7200RPM的Momentus和所有的1英寸及3．5英寸产品上。希捷向垂直磁记录技术的转移提高了其满足不断增长的客户需求的能力。垂直磁记录技术是基础研究促进磁记录工业技术应用的

3、一个很好的证明。人们为了推进现有垂直磁记录的存储能力，突破lTbits／in2存储密度，做了大量的基于垂直记录材料的基础研究，对现有介质性能进行优化，开发出其他新的工艺技术。此外，人们还开发了新的垂直记录技术，交换耦合磁记录(ExchangeCoupledCompositeMedia,ECC)，热辅助磁记录(HeatAssistedMagneticRecording，HAMR)技术和自组织磁阵列(Self-OrderedMagneticArrays，SOMA)IzJ。此外，未来磁记录另一个新的研究方向就是提高现有磁记录介质的读写速度，尤其是现在最新开发的垂直磁记录

4、介质。这包括两个层面的研究：(1)在非平衡态下的自旋动力学过程，电子一电子之间的散射，电子一自旋弛豫和电子一声子相互作用等都在这个过程中起重要作用。(2)在宏观平衡的角度上，控制磁畴的移动方式，因为写入速度与磁畴的运动有关。近年来，随着飞秒激光技术的发展，时间分辨的泵浦探测技术成为探索铁磁性薄膜中研究了超快自旋动力学过程和磁化翻转的重要工具，人们发现自旋翻转过程仅仅在几百飞秒(10q5)的时间内就能完成，对于研究提高磁记录的写入速度有重要的应用价值。近十年来，超快自旋动力学这个学科的很多重要的成果推进了研究的进展【3．7】，但由于这门学科研究的是微观问题，而且其中

5、涉及到很多复杂的物理现象，到目前为止还没有很完善的实验和理论，因此需要更多的实验及完善的理论来发展这门学科。复旦大学博士毕业论文第一章绪论以这样的历史背景为前提，我们展开了三个方面的研究工作。(1)提出优化当前工业用CoCrPt垂直磁记录介质的新方案，主要围绕种子层材料和温度条件研究。(2)软硬磁交换耦合新型垂直磁记录介质的研究(FePt／CoCrPt)(3)FePt系列垂直磁记录介质的超快动力学研究(颗粒膜体系的对比)§1．1硬盘发展回顾以及展望磁记录较其它记录方法有以下一些独特的优点：记录密度高、存储容量大；工艺成熟，性价比高；记录信息保存时间长，记录单元可反

6、复擦写读取；信息的保存是非挥发性的，不需要外部提供额外的能量。·磁记录从诞生到现在已有一百多年的历史，表1一l简要列出了磁记录的发展历程。大致经历了三个阶段隅，。第一个阶段主要致力于为了适应感应式磁头的读写能力而采用的各种设计(发展了真空溅射技术，以得到高矫顽力(Hc)、高饱和磁化强度(Ms)的材料)。第二个阶段主要是基于磁电阻(MR)／巨磁电阻(GMR)效应的高灵敏度磁头的应用，使得硬盘的记录密度在90年代出现了飞速增长。1988年德国的P．Griinberg小组和法国的Felt小组几乎同时在Fe／Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应。1994年，IBM公司研制成功巨

7、磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度提高了17倍，达5Gbit／in2，从此硬盘存储在信息存储工业一直处于领先地位。第三个阶段是采用新的记录介质方法和新的数据读写方式。在这一阶段，主要出现了纵向磁记录(水平磁记录)、垂直磁记录。2006年希捷公司应用垂直磁记录技术使存储面密度达到了132Gb／inch2。现在主要研究新型磁记录介质，包括将来可能用到的热辅助磁记录(HeatAssistedMagneticRecording，HAMR)方式、交换耦合磁记录(ExchangeCoupledcompositeMedia,ECC)等。此时隧道型磁电阻TMR磁头已经替代GMR

8、磁头成为了