多晶薄膜微结构及其在能量辅助磁记录中的微磁学研究

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1、多晶薄膜微结构及其在能量辅助磁记录中的微磁学研究（申请清华大学工学博士学位论文）培养单位：材料学院学科：材料科学与工程研究生：王龙泽指导教师：韦丹教授二〇一＾ｂ年九月ＴｈｅｍｉｃｒｏｍａｎｅｔｉｃｓｔｕｄｏｆｔｈｅｇｙｒｅｃｏｒｄｉｎｍｅｄｉａｆｏｒｅｎｅｒａｓｓｉｓｔｅｄｇｇｙｍａｎｅｔｉｃｒｅｃｏｒｄｉｎｇｇＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＴｓｉｎｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｇｙｉｎａｒｔｉａｌｆｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｐ

2、ｑｆｏｒｔｈｅｄｅｒｅｅｏｆｇＤｏｃｔｏｒｏｆＰｈｉｌｏｓｏｈｐｙｉｎＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｎｅｅｒｉｎｇｇｂｙＷａｎｇＬｏｎｇｚｅＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＷｅｉＤａｎｐＳｅｔｅｍｂｅｒ２０１７ｐ，摘要摘要随着计算机技术的发展，数据存储密度按摩尔定律爆发式增长，现在的磁记２录技术已经基本达到了ｌＴｂｉｎ的密度极限。硬盘发展的初期的每个比特（ｂｉｔ）占磁／记录介质中数百个颗粒或数百个晶粒的大小，而现在已经发展到每个比

3、特的面积仅占不到１０个晶粒。而且薄膜介质的晶粒尺度也有所减小，直径分布更为集中。因此，在磁记录的微磁学研究中，晶粒结构和晶界的参数设定变得越来越重要。一Ｖｏ本文的个比较基础的工作就是在微磁学的多晶结构模型中引入了ｒｏｎｏｉ晶粒划分方法，相对于过去的晶粒种子随机生长算法，更符合实际情况中磁记录介质的晶粒结构。基于新的Ｖｏｒｏｎｏｉ多晶介质模型，利于传统的微磁学方法，研究了Ｃｏ／Ｐｔ薄膜介质的磁性参数对于介质磁滞回线的影响，从而找出更适合于磁记录的参数集合，以指明实验制备的努力方向。结果表明薄膜的晶界参数对于磁滞回线的斜率

4、和方形度影响较大，因而适当掺杂改变晶界的性能可以调节薄膜磁性。本组后续的磁记录模拟都使用了Ｖｏｒｏｎｏｉ结构。一为了进步提高硬盘记录密度，满足日益增长的存储需求，微波辅助磁记录（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅａｓｓｉｓｔｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｃｏｒｄｉｎｇ，ＭＡＭＲ）和热辅助磁记录（Ｈｅａｔａｓｓｉｓｔｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｃｏｒｄｉｎｇ，ＨＡＭＲ）等方案被提出来，这些设计在传统的磁记录系统中加入了辅助写入的微波或激光发射元件。本文利用微磁学方法，对于能量辅助磁记录的材料参数和设计做了一些研究。在Ｖｏｒｏｎｏｉ多晶薄膜

5、模型的基础上，使用本研究组新开发的混合蒙特卡洛（ＨｂｒｉｄｍｏｎｔｅｃａｒｌｏＨＭＣ）微Ｌｌ－ＦＰｔ，研究热辅助磁记录中的介质ｅｙ，磁学方法〇和Ｆ。－ＦＰｔ薄磁头材料ｅＣｏ在不同温度下的磁性性能在硬磁Ｌｌ〇ｅ膜模型中，讨论了材料参数，单轴各向异性分布和单晶、多晶基底对薄膜磁性的影响。在软磁ＦｅＣｏ薄膜中，则考虑了立方各向异性的分布，正应变和切应变产生的磁致伸缩能对磁滞回线的影响。在两种模型中，都研究了温度和磁性性能的关系。此外，本文还在本研究组对交换耦合介质（ＥＣＣ）的双颗粒模型研究基础上，一步研究了双颗粒模型在微波辅

6、助作用下的翻转性能进，并给出了在特定材料参数下最适合辅助磁记录的微波频率。而且发现在两个不同频率的微波场作用下，一翻转所需的外场会几乎降为０，对于这现象也给出了理论上的解释。：微磁学关键词；微波辅助磁记录；热辅助磁记录；混合蒙特卡洛方法ＩＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＤａｔａｓｔｏｒａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｓａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｔｈｅｒｅｃｏｒｄｉｎｄｅｎｓｉｔｂｏｏｍｓｉｍｉｌａｒｔｈＭｌ．Ｎｔ

7、ｈｄｉｔｈｉｔｇａｓｅｏｏｒｅｄａｗｏｗｅｅｎｓａｓａｒｒｖｅｄａｙｙ２ｌＴｂ／ｉｎａｎｄｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｃｏｒｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓａｌｒｅａｄｙｍｅｅｔｔｈｅｗｒｉｔａｂｌｅｌｉｍｉｔｏｆｔｈｅｍａｎｅｔｉｃｍｅｄｉａ．Ｉｎｔｈｅｂｅｉｎｎｉｎｏｆｔｈｅｈａｒｄｄｉｓｋｍａｎｅｔｉｃｒｅｃｏｒｄｉｎｔｈｅｒｅｗｅｒｅｓｅｖｅｒａｌｇｇｇｇｇ，ｈｕｎｄｒｅｄｇｒａｉｎｓｉｎａｓｉｎｇｌｅｂｉｔ，ｎｏｗａｂｉｔｃｏｎｔａｉｎｓｌｅｓｓ

8、ｔｈａｎｔｅｎｒａｉｎｓ．Ｔｈｅｒａｉｎｉｔｃｈｏｆｇｇｐｔｈｅｍｅｄｉａ