正文描述:《钴系纳米图形介质的垂直磁记录性质分析》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、144第四届全国磁性薄膜与纳米磁学会议论文集钴系纳米图形介质的垂直磁记录性质分析王琰朴琨韦丹教育部先进材料重点实验室清华大学材料科学与工程系北京100084本论文用介质和磁头场的微磁模拟模型研究了垂直磁记录方式下纳米图形介质的数据存储性质,特别是对钴纳2米颗粒磁晶各向异性场不同取向分布的影响进行了分析。针对记录面密度为100Gbit/in的系统几何参数,计算了钴材料纳米图形介质的磁滞回线,并得到了不同磁晶各向异性取向参数α与矫顽力和回线方形度的关系。对针型单极磁头的产生的磁场进行了三维模拟。为避免可能出现的2种0-1数据错误记录方式,分析了不同磁晶各向异性分布的图形磁介质最优化的数据记录条
2、件,并在方波、三角波、梯形波的写入电流波形选择下进行了比较分析。1引言在水平磁记录工业中,计算机硬磁盘一直循着内部数据存储比特、磁头及其它相关器件的尺度逐渐按比例同步缩小的方式(scalinglaw,即标度定律)增大其记录密度[1]。目前以钴系合金为代表的水平存储材料,其记录颗粒到了十纳米量级的尺寸下,遇到了单磁畴的铁磁晶粒的磁矩热稳定性问2题[2]。记录面密度高于100Gbit/in的研究开始转向以垂直磁记录(即磁矩垂直于磁记录薄膜表面)方式为主。另外,为了实现超高密度的记录,防止相邻比特间的干扰,目前提出“纳米图形磁介质”(PatternedMagneticMedia)的设想[3],即
3、每个比特只能有一个单磁畴的磁颗粒,并且颗粒间通过物理方法的隔绝,以消除磁交换相互作用。钴系合金磁材料,磁晶各向异性常数较大[4],记录系统中纳米颗粒的磁晶各向异性场取向分布不同对记录性质有很大影响。在实验制备上钴系材料颗粒的磁晶各向异性方向较难控制[5]。本文的三位作者对于铁/钴/镍三种基本铁磁材料应用于垂直磁记录方式下纳米图形磁介质和针型单极磁头记录模型已经做了一定的模拟研究。已有的研究结果表明[6]:若选择同样的记录模型几何参数,应用于铁/镍系材料,由于磁晶各向异性场能影响很小,形状各向异性场能起决定作用,记录性质可能较好;而对于钴系材料,各向同性的磁晶各向异性场分布将直接导致记录失效
4、。本文将用微磁学及信息存储理论来分析垂直磁记录方式下的钴纳米图形磁介质的数据存储性质,特别是对钴纳米颗粒磁晶各向异性场不同取向分布的影响进行研究。2纳米图形介质磁性质及针形磁头场模型我们研究的纳米图形介质采用垂直磁记录方式,所有的磁性颗粒都是单畴结构,形状为圆柱体,呈正方晶格排列,模型的纵向剖面图如图1(a)所示。图1(b)是模型中磁头和一条磁道的横向侧面图。图1中,D和L分别是圆柱形颗粒的直径和长度,B是颗粒间距,同时也是记录比特的长度。P为0图1(a)纳米图形介质模型纵向剖面图图1(b)磁头和一条磁道的模型横向侧面图第四届全国磁性薄膜与纳米磁学会议论文集145磁头直径,s是磁头表面到颗
5、粒上表面之间的飞行高度。考虑到周期边界条件,模拟的介质采用32×32=1024的颗粒阵列,计算出的模型磁物理性质已基本能够代表大尺度的图形磁介质。在记录过程中,模型中所有单磁畴颗粒假设为遵循Stoner-Wohlfarth模型的一致反转,反转过程中忽略其他颗粒内部不均匀反转的模式。单磁畴颗粒中垂直方向的上、下的两种磁化状态,恰好存储此比特中0-1二进制数据。颗粒间不再存在交换相互作用,因此系统的总能量密度E作为颗粒磁矩mˆ的方程表示为[7]:ir)2E=−Ms∑Hext⋅mˆi+Ks∑(y×mˆi)iic22+∑Ki(kˆi×mˆi)+2πMs∑mˆi⋅Nij⋅mˆjiij≠其中等号右边四
6、项分别代表Zeeman能(外磁场能量)、形状各项异性场(沿颗粒长轴yˆ)能量、磁晶各向异性场(沿kˆ方向)能量和颗粒间静磁相互作用能(i、j颗粒间的退磁矩阵为N)。模型iij2中第i颗粒的易磁化轴方向kˆ为随机分布,但kˆ与yˆ的夹角满足取向分布:f(θ)=exp(−αsinθ)。ii取向参数α为0时表示kˆ完全随机分布,α很大时kˆ倾向于yˆ轴取向。ii通过总能量密度E对第i个颗粒磁化强度的偏微分可以得到模型中每个磁颗粒感受到的有效场viH。任意颗粒的磁矩mˆ的运动可以通过进一步求解Landau-Liftshitz-Gilbert方程得到。介质的磁effi滞回线可以由一个逐渐变化的外磁场
7、作用下所有颗粒的平均磁化强度得到。若将外磁场改变为单极磁头产生的磁场,则可以进行介质记录的模拟过程。本文中仅对钴材料进行了分析计算。模型中取用Co在室温下的基本磁性质参数[4]:饱和磁化强363度M为1400emu/cm;第一级单轴磁晶各向异性常数K为4.1×10erg/cm。磁晶各向异性场s1cH=2K/M为5886Oe。下图2是磁晶各向异性取向很好(取向参数α=9)时计算出的介质磁k1s滞回线。不同的取向参数α与计算
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