Магнитная запись

Содержание

Слайд 2

Outline Перспективы магнитной записи Материалы для магнитной записи: ● классификация; ●

Outline

Перспективы магнитной записи

Материалы для магнитной записи: ● классификация;
● основные физические характеристики;

● состав.

Гигантский магниторезистивный эффект: до и после.

Технологии записи данных: ● продольная запись;
● поперечная (перпендикулярная) запись;
● термостимулированная запись; ● структурированная запись (Pattern Media).

Физические пределы плотности для каждого метода магнитной записи.

Жесткий диск: ● организация;
● протоколы;
● интерфейсы.

Проблема суперпарамагнетизма

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 3

Перспективы магнитной записи International Workshop Of Non-Crystalline Solids, Portugal,2008 Joint European

Перспективы магнитной записи

International Workshop Of Non-Crystalline Solids, Portugal,2008

Joint European Magnetic Symposium,

Poland,2010

International Workshop on Structural and Mechanical Properties of Metallic Glasses, Spain, 2009

Pattern Media & Heat- Assisted memory record seem to be still the most perspective

Eastmag 2013: Trends in magnetism

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 4

Материалы для магнитной записи: классификация ? Возникает вопрос: любой ли материал

Материалы для магнитной записи: классификация

?

Возникает вопрос: любой ли материал подойдёт для

магнитной записи?

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 5

Материалы для магнитной записи: классификация ? Возникает вопрос: любой ли материал

Материалы для магнитной записи: классификация

?

Возникает вопрос: любой ли материал подойдёт для

магнитной записи?

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 6

Материалы для магнитной записи: классификация ? Возникает вопрос: любой ли материал

Материалы для магнитной записи: классификация

?

Возникает вопрос: любой ли материал подойдёт для

магнитной записи?

Классификация магнетиков

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 7

Материалы для магнитной записи: что есть что? Ферромагнетики Антиферромагнетики Ферримагнетики (нескомпенсированный

Материалы для магнитной записи: что есть что?

Ферромагнетики

Антиферромагнетики

Ферримагнетики
(нескомпенсированный
антиферромагнетизм)

Magnetic memory & recording


А>0
Наличие локализованных магнитных моментов,
например, в атомах с недостроенными
d- или f-электронными подуровнями.

А<0
Скомпенсированный антиферромагнетизм имеет место
при полной компенсации магнитного момента,
т. е. когда результирующая намагниченность кристалла
равна нулю

имеются магнитные ионы двух или более типов
разной химической природы или одной
природы, но разной валентности
(например, Fe2+ и Fe3+ в магнетите FeO ⋅ Fe2O3),
либо ионы одной химической природы и одной
валентности, но имеющие в магнитных
подрешетках разное число узлов
в единице объема образца.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 8

ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ЗАПОМИНАЮЩЕЙ СРЕДЫ ● оптимальное соотношение основных магнитных свойств,

ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ЗАПОМИНАЮЩЕЙ СРЕДЫ

● оптимальное соотношение
основных магнитных свойств,
в

подавляющем большинстве случаев - предельно достижимое значение:
Br;
коэффициента выпуклости петли гистерезиса;

● однородность магнитных свойств в пределах промышленных партий ферропорошка;

Магнитные свойства:

● минимальная дисперсия полей перемагничивания микрочастиц ферропорошка.

Коэрцитивная сила;
Остаточная индукция(намагниченность).

Physics Faculty, Lection : Magnetic nanocrystalline materials for high-density recording, October 30th 2012 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 9

ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ЗАПОМИНАЮЩЕЙ СРЕДЫ Структура микрочастиц: ● максимальная однородность размеров,

ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ЗАПОМИНАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Структура микрочастиц:
● максимальная однородность размеров,
в идеальном

случае -монодисперсность;
● оптимальные размеры;
● отчетливо выраженная анизотропия формы частиц;
● отсутствие пор и трещин.

Структурные требования

Physics Faculty, Lection : Magnetic nanocrystalline materials for high-density recording, October 30th 2012 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 10

Нобелевская премия 2007: предпосылки Всем знакомо электрическое сопротивление — способность материалов

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Всем знакомо электрическое сопротивление — способность материалов мешать

протеканию электрического тока, а причина существования электрического сопротивления металлов — рассеяние электронов проводимости.

Если проводник с током поместить во внешнее магнитное поле, то оно слегка изменит электрический ток — так, словно бы под действием магнитного поля изменилось электрическое сопротивление материала.

Это изменение называется магнетосопротивлением; открыто оно было давно, 150 лет назад, когда люди еще толком не знали, откуда вообще берется сопротивление.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 11

Нобелевская премия 2007: предпосылки Сама эта связь электрического тока и магнитного

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Сама эта связь электрического тока и магнитного поля

совершенно естественна и никого не удивляет (идея Эрстеда).

Ключевое слово в открытии, отмеченном Нобелем-2007, — слово «гигантский». Дело в том, что за более чем вековую историю изучения электромагнитных явлений в самых разнообразных веществах величина магнетосопротивления никогда не превышала нескольких процентов — в обычных материалах большему магнетосопротивлению неоткуда и взяться.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 12

Нобелевская премия 2007: предпосылки Электрическое сопротивление Начать рассказ стоит с того,

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Электрическое сопротивление
Начать рассказ стоит с того, откуда берется обычное

электрическое сопротивление металлов. Самый удивительный факт про него состоит в том, что его нельзя понять без квантовой механики.

Электрический ток в металле — это поток свободных (не связанных с конкретными атомами) электронов. Возникает он потому, что кусок металла находится под напряжением — то есть внутри него возникают электрические силы, которые и приводят электроны в движение.
Сопротивление проводника возникает из-за того, что в своем движении электроны натыкаются на препятствия, постоянно сбиваясь с того курса, на который их направляют электрические силы.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 13

Нобелевская премия 2007: предпосылки Не стоит представлять себе этот процесс так,

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Не стоит представлять себе этот процесс так, словно

электроны разгоняются, стукаются об атомы, останавливаются и снова разгоняются.
На самом деле электроны внутри металла движутся всегда, даже без внешнего электрического поля и даже при нулевой температуре, и причем с довольно большой скоростью.

В данном случае это означает, что электроны не могут иметь слишком близкие значения энергии, а значит, они не могут все остановиться.

Это неустранимое движение электронного газа внутри металла возникает из-за принципа Паули — важнейшего квантового закона, запрещающего двум или более электронам занимать одинаковое квантовое состояние.

В результате электроны в металле обладают всевозможными энергиями — от нуля и до некоторой величины, которую называют энергией Ферми.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 14

Нобелевская премия 2007: предпосылки Physics Faculty, Courses for Updating Qualification, 2012

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Physics Faculty, Courses for Updating Qualification, 2012 by

Dr. Mokhovikov Alexander Yurievich

«Препятствия», на которые натыкаются электроны, — это вовсе не атомы.
На самом деле, атомы для электронов проводимости вообще прозрачны — если, конечно, они расположены в виде строгой периодической решетки
(это — проявление волновой природы электронов, т.е. еще одно чисто квантовое явление).

Натыкаются же электроны на неоднородности, нарушения строгой периодичности — например,
на дефекты кристалла, на примесные атомы
или просто на тепловые колебания.

Слайд 15

Нобелевская премия 2007: предпосылки Если приложить напряжение, то на быстрое беспорядочное

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Если приложить напряжение, то на быстрое беспорядочное движение

электронов наложится медленное смещение под действием внешних электрических сил. Этот медленный дрейф и есть электрический ток.

Тут есть важный момент: участвовать в этом движении могут далеко не все электроны, а только очень небольшая их часть — лишь те, которые обладают энергией, близкой к максимальной (т.е. к энергии Ферми).

Если таких электронов много, то ток течет большой, а значит, сопротивление маленькое. Если таких электронов мало, то тока получается мало, то есть материал имеет большое сопротивление.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 16

Нобелевская премия 2007: предпосылки Спин и магнетизм У электрона есть еще

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Спин и магнетизм
У электрона есть еще одна характеристика

(и тоже квантовая!), которая до сих пор не упоминалась, — спин.

Как и многие квантовые характеристики, спин бывает не любой, а строго определенный.
Если выбрать какое-то направление, то у электрона спин может быть ориентирован по этому направлению и против него — условно говоря, вверх и вниз.

В большинстве веществ ориентация спина никак не сказывается на электрическом токе — потому-то в электротехнике про спин электрона вообще не вспоминают. Однако для явления ГМС именно спин будет играть ключевую роль.
Само это открытие, собственно, стало моментом рождения новой области электроники — спинтроники, в которой спин электрона
такая же важная характеристика, как и его заряд.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 17

Нобелевская премия 2007: предпосылки Спин и магнетизм Отличительной особенностью спина является

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Спин и магнетизм
Отличительной особенностью спина является его связь

с магнитным полем. Спин не только заставляет частицу откликаться на магнитное поле, но и сам его порождает. В частности, магнетизм в ферромагнетиках как раз получается из-за того, что спины всех ионов железа выстраиваются в одинаковом направлении. Между прочим, само по себе наличие большого спина у ионов переходных металлов. Спин не только заставляет частицу откликаться на магнитное поле, но и сам его порождает. В частности, магнетизм в ферромагнетиках как раз получается из-за того, что спины всех ионов железа выстраиваются в одинаковом направлении. Между прочим, само по себе наличие большого спина у ионов переходных металлов целиком обязано еще одному знаменитому закону — первому правилу Хунда, которое тоже является чисто квантовым эффектом.

Концентрация 3d-электронов проводимости в зависимости
от энергии.

H=0

H≠0

Без магнитного поля концентрация электронов со спином вверх и вниз одинаковая.

В присутствии магнитного поля (т.е. внутри ферромагнетика) энергии электронов со спином по и против поля сдвигаются

В результате концентрация электронов вблизи энергии Ферми (EF) разная.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 18

Нобелевская премия 2007: предпосылки Спин и магнетизм Теперь попытаемся представить, что

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Спин и магнетизм
Теперь попытаемся представить, что электроны проводимости

чувствуют, находясь в ферромагнетике. Магнитное поле внутри металла влияет на электроны, и причем влияет по-разному для спинов по полю и против поля.
Это немного сдвигает их энергии, и в результате количество электронов вблизи энергии Ферми со спином вверх и вниз получается разное.
В результате возникает немножко необычная картина.

Электрический ток в ферромагнитном металле состоит из двух разных,
но тщательно перемешанных потоков — потоков электронов со спином по направлению намагниченности и против него.
Эти два типа электронов испытывают со стороны металла разное сопротивление — те, которые ориентированы против поля, двигаются более свободно, чем те, которые ориентированы наоборот.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 19

Нобелевская премия 2007: предпосылки Спин и магнетизм Важно отметить, что в

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Спин и магнетизм
Важно отметить, что в обычной медной проволоке

такого разделения нет —
эта картина специфична именно для ферромагнетиков, например для намагниченного куска железа. Она была подтверждена экспериментально в статье 1968 года. Среди авторов этой статьи был и Альбер Фер — один из нобелевских лауреатов 2007. И хотя от той статьи и до работ по гигантскому магнетосопротивлению должно было пройти еще 19 лет, но общее понимание электрических явлений в ферромагнетиках складывалось именно тогда.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 20

Нобелевская премия 2007: предпосылки Спин и магнетизм Итак, «внутренний мир» ферромагнетика

Нобелевская премия 2007: предпосылки

Спин и магнетизм
Итак, «внутренний мир» ферромагнетика оказывается очень

богатым, но пока не видно способа им воспользоваться для манипуляции сопротивлением образца.

Ведь если металл ферромагнитный, то он таким остается и при воздействии внешних полей, разве только у него может измениться направление намагниченности.
Тут-то и пришли на помощь новые искусственные материалы,
не существующие в природе — сверхрешетки.
Как оказалось, именно в них можно управлять не просто величиной намагниченности, а характером магнитной упорядоченности,
и уже через него — электрическим сопротивлением.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 21

Breakthrough Материалы, которых никогда раньше не было Сверхрешетка — это слоеный

Breakthrough

Материалы, которых никогда раньше не было
Сверхрешетка — это слоеный кристалл, состоящий из

строго чередующихся слоев то одного, то другого материала толщиной всего в несколько атомов. Приставка «сверх» отражает здесь наличие периодической структуры еще большего размера, чем период кристаллической решетки

Сверхрешетка — это чередующиеся слои толщиной в несколько атомов различных материалов с похожей кристаллической структурой

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 22

Breakthrough Материалы, которых никогда раньше не было Как только научились изготавливать

Breakthrough

Материалы, которых никогда раньше не было

Как только научились изготавливать разные слойки,

принялись эксперименты с разными комбинациями материалов, в том числе и с чередующимися слоями ферромагнетика и немагнитного металла.

В ходе этих исследований выяснилась одна интересная вещь. Если правильно подобрать материал для немагнитных слоев и его толщину, то магнитные слои приобретут «противоестественную» для ферромагнетика тенденцию чередовать ориентацию намагниченности

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 23

Breakthrough Материалы, которых никогда раньше не было В слоистой структуре Fe-Cr

Breakthrough

Материалы, которых никогда раньше не было
В слоистой структуре Fe-Cr обнаружил это Петер

Грюнберг вместе со своими сотрудниками в 1986 году. Интересно, что их статья с этими результатами цитируется даже больше, чем работа 1988 года об обнаружении ГМС.

Если слои ферромагнетика (Fe) чередуются с тонкими слоями немагнитного металла (хрома, Cr) определенной толщины, то слои ферромагнетика будут чередовать направление намагниченности (слева). Однако если эту структуру поместить в достаточно сильное внешнее поле, то намагниченность всех слоев развернется в одну сторону (справа).

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 24

Breakthrough Материалы, которых никогда раньше не было Кстати, не стоит думать,

Breakthrough

Материалы, которых никогда раньше не было
Кстати, не стоит думать, что все

такие открытия делаются автоматически. У Грюнберга был шанс «проглядеть» это замечательное свойство слоек железа–хрома. Его группа изучала также и слойки железо–золото, и вот в них ничего подобного найдено не было. Если бы исследование только ими и ограничилось, открытие эффекта, возможно, задержалось бы на некоторое время.

Последнее, что здесь нужно объяснить, — как такая слойка перестраивается под действием внешнего магнитного поля. Магнитное поле, как известно, способно перемагнитить «неправильно» ориентированный ферромагнетик. Поэтому если такую слойку поместить в достаточно сильное магнитное поле, то оно заставит все слои железа развернуться в одном направлении, как показано на рисунке справа. Если же поле убрать, то чередование слоев вновь восстановится. Так у экспериментаторов появилась возможность легко изменять тип магнитной упорядоченности.

Однако если эту структуру поместить в достаточно сильное внешнее поле, то намагниченность всех слоев развернется в одну сторону (справа).

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 25

Гигантское магнетосопротивление Когда все ключевые аспекты расписаны, остается разобраться с тем,

Гигантское магнетосопротивление

Когда все ключевые аспекты расписаны, остается разобраться с тем, что происходит

с электрическим током, который течет сквозь такую слойку поперек слоев.

В отсутствие внешнего магнитного поля слои железа намагничены в чередующемся направлении. Двигаясь поперек слойки, электроны со спином вверх чувствуют большое сопротивление внутри слоев с магнитными полем вверх, но слабое сопротивление внутри слоев с магнитными полем вниз.
Для электронов со спином вниз всё в точности наоборот. Поскольку и тех, и других слоев — одинаковое число, то оба сорта электронов оказываются в равноправной ситуации.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 26

Гигантское магнетосопротивление Если же приложить внешнее поле и выровнять намагниченность всех

Гигантское магнетосопротивление

Если же приложить внешнее поле и выровнять намагниченность всех слоев,

то электроны двух типов окажутся в разных условиях. Электроны, ориентированные по полю, везде, во всех слоях, испытывают большое сопротивление, то есть их вклад в ток уменьшится. В то же время электроны, ориентированные в противоположном направлении, испытывают везде маленькое сопротивление.

Иными словами, для таких электронов слойка выглядит как короткое замыкание, и переносимый ими ток заметно возрастает. Во сколько именно раз уменьшится ток со спином по полю и увеличится ток со спином против поля — зависит от свойств вещества, но в любом случае увеличение пересилит уменьшение тока, и в результате суммарное сопротивление уменьшается.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 27

Гигантское магнетосопротивление Эту задачку нетрудно сосчитать и количественно — она будет

Гигантское магнетосопротивление

Эту задачку нетрудно сосчитать и количественно — она будет по силам даже

школьнику, умеющему «складывать сопротивления». Надо только представить себе, что два сорта электронов работают как два параллельных участка электрической цепи (несмотря на то, что текут они сквозь одну и ту же слойку!). Все наводящие соображения и обозначения показаны на рисунке.

Простая модель для расчета сопротивления в случае чередующегося (вверху) и одинакового (внизу) направления намагниченности слоев железа. Синяя и оранжевая стрелки показывают сопротивления, испытываемые электронами со спином вверх и вниз

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 28

Гигантское магнетосопротивление Первоначальные эксперименты Фера показали уменьшение сопротивления образца почти в

Гигантское магнетосопротивление

Первоначальные эксперименты Фера показали уменьшение сопротивления образца почти в два раза.

Правда, такой результат был достигнут лишь с использованием сильных магнитных полей и при очень низкой температуре, всего 4,2 градуса выше абсолютного нуля.

В экспериментах Грюнберга при комнатной температуре изменение сопротивления было гораздо скромнее, всего полтора процента — и тем удивительнее, что будущий Нобелевский лауреат разглядел в этом принципиально новый эффект. Несколько лет исследований позволили добиться уменьшение сопротивления в два раза уже при комнатной температуре и гораздо меньших магнитных полях.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 29

Гигантское магнетосопротивление Так просто и так сложно На гигантское магнетосопротивление полезно

Гигантское магнетосопротивление

Так просто и так сложно
На гигантское магнетосопротивление полезно взглянуть еще

и вот с какой точки зрения. Само явление формулируется чрезвычайно просто и выглядит очень естественно: электрический ток и магнитное поле — это классическая физика XIX века. Однако реальные микроскопические причины, приводящие к такому интересному эффекту, очень непросты и многократно опираются на квантовую механику. Можно даже отметить, что в этом явлении используются все три принципиальных новшества квантовой механики по сравнению с классической физикой — волновая природа, тождественность и спин частиц.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 30

Гигантское магнетосопротивление Так просто и так сложно Напрашивается также и параллель

Гигантское магнетосопротивление

Так просто и так сложно

Напрашивается также и параллель еще с одним

электромагнитным явлением со схожей судьбой — эффектом Холла. Этот эффект тоже возникает при протекании тока в магнитном поле, он тоже был открыт в XIX веке, и с приходом квантовой механики в нём тоже открыт целый пласт новых эффектов.
Только, в отличие от магнетосопротивления, эффект Холла привел уже к двум Нобелевским премиям по физике — за 1985-й(целочисленный эффект Холла)
и за 1998 год(дробный эффект Холла).

Впрочем, у магнетосопротивления есть реальный шанс поквитаться.
На очереди стоит колоссальное магнетосопротивление — явление совсем иного уровня сложности, детальное понимание которого пока что ускользает от исследователей.

Клаус фон Клитцинг
Нобель-1985

Роберт Беттс Лафлин
Нобель-1998

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 31

Гигантское магнетосопротивление Так просто и так сложно Использование эффекта гигантского магнетосопротивления

Гигантское магнетосопротивление

Так просто и так сложно
Использование эффекта гигантского магнетосопротивления привело к резкому

увеличению плотности записи на жестких дисках.

Связь очень простая — слойка с гигантским магнетосопротивлением явилась чрезвычайно компактным, быстрым, чувствительным и, наконец, очень простым датчиком магнитных полей. Будучи расположенной над быстро вращающейся пластиной жесткого диска, такая слойка послушно отслеживает магнитные поля пролетающих под ней битов и сразу же переводит их в электрический ток.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 32

Путь развития плотности записи в устройствах магнитной памяти или как это

Путь развития плотности записи в устройствах магнитной памяти или как это

было.

Для создания носителей с плотностью записи
10 Гбит/см2 на базе наногранулированных магнитопленочных материалов, в которых наночастицы
размером ≤ 5нм микрокапсулированы в полимерной матрице, необходимо совмещение физических и химических методов получения нанокомпозитов.

!

Представляется перспективным

наногранулированные магнитопленочные среды могут стать материалом для носителей информации высокой плотности

требование

сформировать определенный структурный порядок

Для
реализации

использовать высокую адсорбционную способность наночастиц 3d-металлов к высокомолекулярным соединениям

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 33

в магнитоупорядоченных материалах кроме однородно намагниченных областей (доменов) существуют переходные области

в магнитоупорядоченных материалах кроме однородно намагниченных областей (доменов) существуют переходные области

(доменные стенки), в которых намагниченность меняется от точки к точке

Чтобы максимально использовать объем магнитной среды для записи информации,

Как известно

!

!

необходимо уменьшить размеры доменной стенки W

Общие сведения о магнитной записи

W = (A/K)1/2;
С/Ш = 10 log S/D2; S – площадь бита
D – размер зерна (Важный фактор!).
Для N = 109 бит/см2 и
С/Ш 30-40 дБ D = 10 – 15 нм.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 34

a=[Mrδ(h+ δ/2)/πHc]1/2 a- ширина переходной области между битами (≈13nm) h- расстояние

a=[Mrδ(h+ δ/2)/πHc]1/2
a- ширина переходной области между битами (≈13nm)
h- расстояние между

головкой и носителем (≈20nm)
δ- толщина магнитного слоя носителя(≈10nm)

Кроме того, носитель должен иметь прямоугольную петлю гистерезиса с высоким значение Mr/Ms.

Величина Мr определяется из уравнения:

Общие сведения о магнитной записи

Магнитные параметры для высокоплотных магнитных носителей

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 35

Гигантский магниторезистивный эффект Nobel Price Winners in Physics 2007 Грюнберг был

Гигантский магниторезистивный эффект

Nobel Price Winners in Physics 2007

Грюнберг был одним

из первых, кто занялся исследованием магнитных свойств тонких плёнок. Эта область исследований изучает спиновые свойства материалов и называется спинтроникой.
Результаты исследований позволили создать новые компактные электронные устройства.
В 1986 г. Грюнберг открыл антиферромагнитную взаимосвязь в слоях железа и хрома.
В конце 1987 г. Грюнберг открыл, почти одновременно с Альбером Фером, эффект гигантского магнетосопротивления, при помощи которого в конце 1990-х годов удалось резко увеличить ёмкость накопителей на жёстких магнитных дисках.
Принцип действия большинства головок записи/считывания информации по состоянию на 2007 год основывался на этом эффекте.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

В 1962 году Фер окончил Высшую нормальную школу в Париже, а в 1963 году он получил степень магистра в Сорбонне.
В 1970 году стал доктором философии (PhD) в университете Париж-юг, в котором он и работал научным сотрудником.
В 1988 году Фер обнаружил в слое железа и хрома эффект гигантского магнетосопротивления (ЭГМс).

Слайд 36

Гигантский магниторезистивный эффект: определение Гигантское магнитное сопротивление Giant magnetoresistance, сокр. GMR

Гигантский магниторезистивный эффект: определение

Гигантское магнитное сопротивление
Giant magnetoresistance, сокр. GMR —

квантовомеханический эффект, наблюдаемый в тонких плёнках, состоящих из чередующихся ферромагнитных и немагнитных слоёв.

В такой системе эффект проявляется в существенном уменьшении электрического сопротивления в зависимости от взаимной ориентации намагниченности соседних магнитных слоёв.
Эта взаимная ориентация может быть изменена, например, приложением внешнего магнитного поля. В основе эффекта лежит спино-зависимое рассеяние электронов.

GMR-устройства используют чередующиеся сверхтонкие слои магнитного и немагнитного материалов (в IBM такую структуру называют спиновым клапаном).
Самый простой вариант включает в себя три слоя: два ферромагнитных слоя, разделенных немагнитным проводником. Роль немагнитного проводника выполняет рутений. Этот металл является парамагнетиком, но когда толщина Ru-слоя составляет всего несколько атомных слоев, через него осуществляется обменная связь между ферромагнетиками. Эта обменная связь в зависимости от толщины Ru-слоя может быть как ферромагнитной, так и антиферромагнитной. В последнем случае, который и используют на практике, намагниченности ферромагнитных слоев ориентированы противоположно.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 37

Гигантский магниторезистивный эффект Главный источник GMR-эффекта — так называемое спин-зависимое рассеяние.

Гигантский магниторезистивный эффект

Главный источник GMR-эффекта — так называемое спин-зависимое рассеяние.
Известно,

причина существования электрического сопротивления металлов — рассеяние электронов проводимости.
При протекании электрического тока электроны проводимости рассеиваются по-разному в зависимости от ориентации их спина по отношению к намагниченности слоя.

Об этом явлении и говорят как о спин-зависимом рассеянии.
Природу его можно объяснить так: в ферромагнитных 3d-металлах из-за наличия ферромагнитного обменного взаимодействия энергия электронов с разной ориентацией спинов различна - энергия электронов со спином «вверх» (ориентированным вдоль намагниченности ферромагнетика) более низкая, чем у электронов со спином «вниз».
В результате плотность состояний вблизи уровня Ферми для электронов с разными направлениями спинов также различается.

http://ufn.ru/ru/rubrics/nobel-lectures/

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 38

Гигантский магниторезистивный эффект В спиновом клапане с антиферромагнитно-связанными слоями ферромагнетиков намагниченности

Гигантский магниторезистивный эффект

В спиновом клапане с антиферромагнитно-связанными слоями ферромагнетиков намагниченности этих

слоев в отсутствие внешнего магнитного поля антипараллельны.
Толщина немагнитного слоя (Ru) очень мала, меньше длины свободного пробега электрона, поэтому в рутении электроны практически не рассеиваются => электрон проводимости при протекании тока переходит из одного слоя в другой, с противо­положным направлением намагниченности, и вероятность рассеяния электрона должна измениться.
В этом случае спиновый клапан обладает повышенным сопротивлением. Если же к многослойному образцу приложить достаточно большое внешнее магнитное поле, то намагниченности ферромагнитных слоев установятся параллельно и сопротивление понизится.

http://ufn.ru/ru/rubrics/nobel-lectures/

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 39

Гигантский магниторезистивный эффект Создание высокочувствительных GMR-головок чтения позволило избавиться от ограничения,

Гигантский магниторезистивный эффект

Создание высокочувствительных GMR-головок чтения позволило избавиться от ограничения, налагаемого

на плотность записи малым разрешением традиционных головок.
Бит информации в принципе может быть рассчитан при размерах порядка нескольких нанометров. Поэтому материалы для этого должны быть нанокристаллическими.
Но при размерах уже несколько десятков нанометров наблюдается суперпарамагнитный эффект.

http://ufn.ru/ru/rubrics/nobel-lectures/

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 40

Технологии записи данных: классификация Продольная запись Перпендикулярная запись Структурированные носители Pattern

Технологии записи данных: классификация

Продольная запись

Перпендикулярная запись

Структурированные носители
Pattern Media

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted

Magnetic Recording, HAMR)

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 41

Технологии записи данных: Продольная и перпендикулярная запись Главное отличие между данными

Технологии записи данных: Продольная и перпендикулярная запись

Главное отличие между данными технологиями

заключается в направлении намагниченности доменов — в случае параллельной записи оно параллельно плоскости диска, а в случае перпендикулярной, соответственно, перпендикулярно.

Однако если мы посмотрим на конкретный домен в отдельности, то никакой разницы не увидим, поскольку суперпарамагнитный предел не зависит от направления намагниченности.

Причина более высокой плотности перпендикулярной записи объясняется не какими-то внутренними характеристиками одного домена, а силами взаимодействия между соседними ячейками.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 42

Технологии записи данных: Продольная и перпендикулярная запись ● ИЗВЕСТНО! Что постоянные

Технологии записи данных: Продольная и перпендикулярная запись

● ИЗВЕСТНО! Что постоянные

магниты, расположенные одинаковыми полюсами друг к другу, отталкиваются, а разными, наоборот, притягиваются.
=> при использовании технологии последовательной записи возникают силы магнитного взаимодействия соседних доменов, влияющие на магнитные поля каждой из этих частиц.
Т.е., магнитная энергия каждого домена может уменьшиться, и тогда вероятность
влияния термофлуктуаций на магнитный порядок данного домена увеличится.

При использовании перпендикулярного
расположения доменов их влияние друг на друга существенно уменьшается.

Величина Нс должна с одной стороны превышать значение этого размагничивающего поля, а с другой – учитывать возможности считывающей головки.

Поэтому для продольной записи Нс≈3 кЭ

Physics Faculty, Lection : Magnetic nanocrystalline materials for high-density recording, October 30th 2012 Dr.Mokhovikov Alexander Yurievich

Слайд 43

Технологии записи данных: Структурированные носители в современных накопителях каждый магнитный домен

Технологии записи данных: Структурированные носители

в современных накопителях каждый магнитный домен состоит

из нескольких десятков (70–100) мелких структурных элементов («зерен»), каждое из которых теоретически способно выполнять функции домена и содержать в себе 1 бит информации.

В результате появляется возможность уменьшить суперпарамагнитный предел:
увеличить размеры отдельного «зерна» и хранить единицу информации в меньшем количестве «зерен».

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 44

Структурированные носители: проблемные места Т.о., для того чтобы изготовить pattern media-диски,

Структурированные носители: проблемные места

Т.о., для того чтобы изготовить pattern media-диски, требуется

технология, способная наносить на поверхность носителя отпечатки столь малой длины. Значение 27 нм находится на пределе возможности оптической литографии — метода, применяющегося сегодня для изготовления микросхем и продуктов на их основе (например, процессоров).
Поэтому производители жестких дисков планируют применять другие
литографические методы или использовать самоорганизующиеся материалы (примером подобного материала может послужить FePt сплав).

● Материал носителя — не единственная проблема структурированной технологии, инженерам также придется разработать механизмы синхронизации магнитных импульсов головки и «островов», а также создать специальные навигационные метки для головки.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 45

Структурированные носители: перспективы В настоящее время разработки, связанные со структурированными носителями,

Структурированные носители: перспективы
В настоящее время разработки, связанные со структурированными носителями,

ведут как минимум две лидирующие компании-производителя:
Hitachi Global Storage Technologies (HGST)
Seagate.
Причем первая из них возлагает на данный метод большие надежды.

Предел их теоретической плотности может достигнуть отметки несколько терабит на квадратный дюйм.
Если же разработчикам удастся придумать материалы с однозернистыми «островами», то возможны и вовсе фантастические результаты — с плотностью до нескольких десятков и даже сотен терабит.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 46

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Для такого метода записи

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Для такого метода записи требуется

значительная коэрцитивная сила, которая не может создаваться современными головками.
В технологии HAMR она и не создается —
во время записи носитель нагревается, его коэрцитивность падает и требуемая сила становится гораздо меньше.

Нагрев малой части носителя происходит с помощью теплового лазера, интегрированного в записывающую головку

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 47

Термоассистируемая магнитная запись: проблемы Проблемы: поместить лазер в головку; позиционирование: обеспечить

Термоассистируемая магнитная запись: проблемы

Проблемы:
поместить лазер в головку;
позиционирование: обеспечить нагрев

именно той области, которая необходима;
охлаждение;
материал носителя с заданными свойствами, а именно:
с высокой коэрцитивностью при комнатной температуре
и низкой при температуре записи.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 48

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Внедрение этой технологии потребует

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Внедрение этой технологии потребует использования

в качестве записывающего слоя принципиально новых материалов с высоким уровнем анизотропности. Речь может идти о таких сплавах, как Fe14Nd2B, CoPt, FePt или даже Co5Sm. Кроме того, специалисты из Seagate всерьез полагают, что в HAMR винчестерах придется ставить
2 раздельные головки. Наиболее необычным является считывающий элемент – это оптическая головка! Точнее, не совсем оптическая, в ней будет использоваться специальное твердотельное зеркало (Planar Solid Immersion Mirror).

В технологии HAMR положен эффект снижения коэрцитивной силы магнита при его нагреве. Если же нагреть магнитный материал до температуры Кюри, то его коэрцитивная сила становится равной нулю. Зависимость коэрцитивности материала от его температуры, демонстрируется на рисунке.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 49

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Для разогрева поверхности магнитного

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Для разогрева поверхности магнитного материала

предлагается использовать нагревательный элемент, в основе которого лежит полупроводниковый  лазер.
Световое излучение лазера должно быть сконцентрировано на той дорожке, на которую и осуществляется запись.

В технологии HAMR выделяют два метода записи:
-  магнитное доминирование
(Magnetic dominant);
оптическое доминирование
(Optical dominant).

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 50

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) При использовании метода магнитного

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

При использовании метода магнитного доминирования

световое пятно, осуществляющее разогрев магнитного материала, имеет большие размеры, чем ширина дорожки

Ширина дорожки определяется шириной сердечника записывающей головки. Характерной особенностью данного метода является то, что магнитный материал разогревается до температуры, которую называют температурой записи Tw. Температура Tw характеризуется тем, что при ее достижении Нс домена становится меньше величины магнитного поля записывающей головки, но при этом до точки Кюри домен не разогревается. Т.е., разогревом домена обеспечивается просто снижение его Нс, а не полное его "размагничивание", как это происходит в точке Кюри.
Светового пятно лазера при таком методе записи  имеет размер порядка 1 мкм.
Ширина дорожек, а значит и плотность записи в таком методе ограничивается конструктивными особенностями записывающей головки.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 51

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Метод оптического доминирования отличается

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Метод оптического доминирования отличается значительно

меньшим размером светового пятна – менее 50 нм. Ширина дорожки в этом случае определяется именно диаметром светового пятна, а ширина записывающей головки оказывается несколько больше ширины дорожки

Именно этот метод позволяет добиться меньшего размера магнитного домена и обеспечивает большую плотность записи, ведь ширина дорожки составляет всего 40-50 нм. Однако при таком способе записи необходимо использовать материалы с большей коэрцитивной силой. В результате, магнитный домен необходимо разогревать до большей температуры, т.е. до температуры Кюри, при которой магнитный материал имеет нулевое значение коэрцитивной силы и его очень легко перемагнитить, не смотря даже на малые габариты записывающей головки, а, значит, не смотря и на малое значение ее записывающего магнитного поля.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 52

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Fujitsu официально заявлено о

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Fujitsu официально заявлено о получении

лазера, формирующего световое пятно размером 88 х 60 нм с оптической мощностью 17%. Имеются разработки, позволяющие получить и меньшие значения светового пятна, но  мощность подобных лазеров пока еще незначительна (около 1.5%) , чтобы говорить об их применении в качестве нагревателя поверхности. Отдельные фирмы-производители разрабатывают системы, в которых  лазер фокусируется с помощью прецизионной зеркальной системы до размеров, приемлемых для записи с оптическим доминированием.

Сравнивая эти два метода можно сказать, что на сегодняшний день реально обсуждается использование лишь первого метода, т.е. метода магнитного доминирования. Это связано с тем, что пока еще не созданы лазеры с таким малым размером светового пятна, как 50 нм, и их разработка ограничивается дифракционным пределом.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 53

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Для разогрева магнитного материала,

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Для разогрева магнитного материала, как

уже говорилось, предлагается использовать нагревательный элемент на основе лазера. При этом световое излучение лазера должно быть в максимальной степени сфокусировано.
Требования, выдвигаемые к нагревательному элементу:
- размер формируемого светового пятна должен быть менее 50 нм;
- оптическая эффективность должна быть на уровне 2%, чтобы обеспечить разогрев материала до необходимой температуры;
- длина затухания светового потока должна быть более 10 нм, т.к. между нагревательным элементом и поверхностью магнитного носителя имеется определенный зазор;
- нагревательный элемент должен хорошо интегрироваться в состав магнитной головки;
- процесс производства нагревательного элемента должен быть совместим с процессом производства магнитной головки;
- конструкция головки должна позволять осуществлять прецизионную регулировку расстояния меду световым пятном и записывающим магнитным полем.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 54

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Однако при использовании всех

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Однако при использовании всех этих

элементов записывающие магнитные поля ограничивается величиной 100 Oe, т.к. они комбинируются с катушкой без магнитного сердечника.
Другими словами, эти элементы достаточно плохо интегрируются с магнитной головкой.

В качестве нагревательного элемента, в принципе, могут использоваться следующие устройства:
- гребенчатый волновод;
- дуговая подвесная излучающая антенна;
- плоский дифракционный элемент;
- SMASH-головка.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 55

Физический факультет, ЭВУ и системы, 6 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю. Physics

Физический факультет, ЭВУ и системы, 6 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю. Physics

Faculty, Electronic Devices & Systems, 6th semester,2011 Dr. Mokhovikov

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Нагревательный элемент для HAMR-записи, разработанный Fujitsu

Fujitsu предлагает использовать в качестве нагревательного элемента слоенную дифракционную структуру. Такая структура очень хорошо сочетается с магнитной головкой, и процесс ее производства совместим с технологией изготовления современных магнитных головок. Все это означает, что головка чтения, головка записи и нагревательный элемент могут изготавливаться на подложке из AlTiC (алюминий-титан-углерод) планарным методом.

Слайд 56

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Элемент имеет стреловидную форму

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Элемент имеет стреловидную форму и

состоит из 7 слоев.
Данная структура, в какой-то мере, может называться зеркальной фокусирующей оптической системой, которая преобразует входной световой поток в световое пятно малого размера.
Основная идея работы такого многослойного элемента заключается в следующем. В центральной части структуры средний (оксид-кремниевый) слой образует совместно с соседними алюминиевыми слоями однопериодный переход с высоким коэффициентом отражения. Одновременно с этим, граница слоев алюминия и алмаза образует с обеих сторон многослойной структуры переходы с низким коэффициентом отражения и с некоторым (небольшим) количеством периодов.
Все этот способствует увеличению коэффициента оптической передачи нагревательного элемента. В результате, входной световой поток с длиной волны 400 нм преобразуется в световой поток, имеющий размер 30 нм (в плоскости X), за счет высокого коэффициента оптической передачи нано-лучей, проходящих через слой оксида кремния.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 57

Физический факультет, ЭВУ и системы, 6 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю. Physics

Физический факультет, ЭВУ и системы, 6 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю. Physics

Faculty, Electronic Devices & Systems, 6th semester,2011 Dr. Mokhovikov

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Но, кроме того, свет, поляризованный в плоскости X, начинает распространяться и в плоскости Y из-за интерференции лучей, отраженных от боковых стенок структуры.
В результате, на выходе нагревательного элемента формируется световое пятно размером 45 нм (в плоскости X) на 60 нм (в плоскости Y). Длина затухания в плоскости Z составляет 15нм, что сопоставимо с величиной магнитного зазора.
На данный момент времени недостатком рассмотренного нагревательного элемента является, все-таки, высокий коэффициент оптической передачи, который находится на уровне 1.6%, что явно недостаточно, в соответствии с указанными выше требованиями.
Однако, на взгляд разработчиков, данная структура является оптимальной и перспективной, и продолжают работы по повышению ее оптической эффективности. Многослойный нагревательный элемент очень хорошо сочетается с обычной магнитной головкой и может быть изготовлен методом травления или напыления.

Слайд 58

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Примерный вариант конструкции головки

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Примерный вариант конструкции головки HAMR,

в которой используется традиционная магнитная головка записи и многослойный нагревательный элемент

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 59

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Материалы На сегодняшний день,

Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)

Материалы
На сегодняшний день, для технологии

НAMR предлагается использовать синтетические ферромагнитные материалы (SFM). Одним из примеров SFM может служить композитный носитель, состоящий из следующих слоев:
- тонкая основа (нижний слой) из кобальт-хромового сплава (CoCr);
- толстый верхний слой из сплава кобальта-хрома-платины-бора (CoCrPtB);
- слой рутения (Ru), расположенный между двумя ферромагнитными слоями.
Подобная структура с широким слоем магнитного материала обладает высоким значением константы Ku и высоким значением фактора стабильности при малом размере магнитного домена.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 60

Технологии записи данных Как видно из роад-мапа развития технологий, в ближайшие

Технологии записи данных

Как видно из роад-мапа развития технологий, в ближайшие несколько

лет в индустрии жестких дисков ожидаются более существенные технологические изменения, чем за весь пятидесятилетний период ее существования.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 61

Физические пределы плотности для каждого метода магнитной записи Перпендикулярная запись имеет

Физические пределы плотности для каждого метода магнитной записи

Перпендикулярная запись
имеет физический

предел плотности в 500 Гбит/дюйм2

Продольная запись
имеет физический предел плотности в 23 Гбит/дюйм2

Структурированная запись
имеет физический предел плотности в 4 Тбит/дюйм2

Термоассистируемая запись
имеет физический предел плотности в 50 Тбит/дюйм2

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 62

Проблема суперпарамагнетизма Суперпарамагнетизм — форма магнетизма, проявляющаяся у ферромагнитных и ферримагнитных

Проблема суперпарамагнетизма

Суперпарамагнетизм — форма магнетизма, проявляющаяся у ферромагнитных и ферримагнитных частиц.

Если такие частицы достаточно малы, то они переходят в однодоменное состояние, т.е. становятся равномерно намагниченными по всему объёму.
Магнитный момент таких частиц может случайным образом менять направление под влиянием температуры, и при отсутствии внешнего магнитного поля средняя намагниченность суперпарамагнитных частиц равна нулю.
Но во внешнем магнитном поле такие частицы ведут себя как парамагнетики даже при температуре ниже точки Кюри или точки Нееля. Тем не менее, магнитная восприимчивость суперпарамагнетиков намного больше, чем парамагнетиков.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 63

Жесткий диск: организация Hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск,

Жесткий диск: организация

Hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск,

в компьютерном сленге «винч́естер», «винт», «хард», «харддиск» — устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи.

Информация в винтах записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома.

Жёсткий диск состоит из:
гермозоны:
● диски (пластины) с магнитным покрытием;
● блок головок с устройством позиционирования;
● электропривод шпинделя.
блока электроники:
● управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);
● буферную память;
● интерфейсный блок;
● блок цифровой обработки сигнала.

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 64

Жесткий диск: организация Устройства поверхности пластин форматируются — на дорожки —

Жесткий диск: организация

Устройства поверхности пластин форматируются — на дорожки — концентрические

кольцевые области.
Каждая дорожка делится на равные отрезки — секторы(минимальные адресуемые области данных: размер сектора традиционно равен 4096 байт/был 512 байт).
Адресация CHS предполагает, что все дорожки в заданной зоне диска имеют одинаковое число секторов. и секторы.
Конкретный способ определяется производителем и/или стандартом, но, как минимум, на каждую дорожку наносится магнитная метка, обозначающая её начало.
Цилиндр — совокупность дорожек, равноотстоящих от центра, на всех рабочих поверхностях пластин жёсткого диска.
Номер головки задает используемую рабочую поверхность (то есть конкретную дорожку из цилиндра), а номер сектора — конкретный сектор на дорожке.

Низкоуровневое форматирование и геометрия магнитного диска

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 65

Жесткий диск: организация Адресация данных Цилиндр-головка-сектор (англ. cylinder-head-sector, CHS) Линейная адресация

Жесткий диск: организация

Адресация данных

Цилиндр-головка-сектор (англ. cylinder-head-sector, CHS)

Линейная адресация блоков (англ. linear

block addressing, LBA)

При этом способе сектор адресуется по его физическому положению на диске
3 координатами:
номером цилиндра,
номером головки
номером сектора.

При этом способе адрес блоков данных на носителе задаётся с помощью логического линейного адреса.
LBA = [ (Cylinder * no of heads + heads) * sectors/track ] + (Sector-1)

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 66

Жесткий диск:Сравнение интерфейсов Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент

Жесткий диск:Сравнение интерфейсов

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков

А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov
Слайд 67

Перспективы магнитной записи International Workshop Of Non-Crystalline Solids, Portugal,2008 Joint European

Перспективы магнитной записи

International Workshop Of Non-Crystalline Solids, Portugal,2008

Joint European Magnetic Symposium,

Poland,2010

International Workshop on Structural and Mechanical Properties of Metallic Glasses, Spain, 2009

Pattern Media & Heat- Assisted memory record seem to be still the most perspective

Eastmag 2013: Trends in magnetism

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov

Слайд 68

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics

Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov
Слайд 69

Используемые Интернет-ресурсы: http://ru.wikipedia.org/wiki/Жёсткий_диск http://www.smarthdd.com/rus/help.htm http://citforum.ru/hardware/data/hdd_industry/ http://rlab.ru/doc/hdd_from_inside.html http://ru.wikipedia.org/wiki/Суперпарамагнетизм http://oval.ru/enc/69559.html http://ufn.ru/ru/rubrics/nobel-lectures/ http://remont-hdd.by.ru/ustroistvo.html http://hddfix.ru/Stati/ZHestkie_diski_Printsipy_raboty_i_vosstanovleniya_/

Используемые Интернет-ресурсы:

http://ru.wikipedia.org/wiki/Жёсткий_диск
http://www.smarthdd.com/rus/help.htm
http://citforum.ru/hardware/data/hdd_industry/
http://rlab.ru/doc/hdd_from_inside.html
http://ru.wikipedia.org/wiki/Суперпарамагнетизм
http://oval.ru/enc/69559.html
http://ufn.ru/ru/rubrics/nobel-lectures/
http://remont-hdd.by.ru/ustroistvo.html
http://hddfix.ru/Stati/ZHestkie_diski_Printsipy_raboty_i_vosstanovleniya_/
http://www.datalabs.ru/pages/hdd_structure

Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков

А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov
- Предыдущая
фон нейман
Следующая -
Флэш память

Похожие презентации

Железобетонные колонны в промышленных зданиях
Эксплуатация и техническое обслуживание двигателя 6Ч9,5/11
История возникновения интернета
Культура России XVII века: русские первопроходцы, литература и архитектура
Мы – ветеринары! Презентация на тему: «Моя будущая профессия» подготовили студенты группы 2 Вет «Б» (руководитель Н.Г. Соколов
Activity. Объектно - ориентированное программирование
Презентация на тему "Основная образовательная программа" - скачать презентации по Педагогике
Презентация Налогообложение физических лиц
Матричные функциии_Excel
Применение преобразований Лапласа к решению линейных дифференциальных уравнений
Поэзия династии Тан
Диаграммы UML Диаграмма вариантов использования
Хоккей, фигурное катание, конькобежный спорт
Сложение и вычитание именованных единиц. Повторение - презентация для начальной школы_
Русские народные песни
Презентация МХК по программе Даниловой Г.И. 10 класс. Из опыта работы учителя изобразительного искусства Москаль Т.А. МОУ «СОШ №83»
ОСНОВЫ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЛОГИИ
Вычитание натуральных чисел - презентация по Алгебре
Презентация "Транспортная логистика" - скачать презентации по Экономике
Модернизация аппаратных средств ПК
НЕОТЛОЖНАЯ ДОВРАЧЕБНАЯ ПОМОЩЬ ПРИ ТРАВМАХ Преподаватель учебно-методического отдела врач-методист РЫВКИН Владимир Михайло
Технология совершенствования двигательных действий лыжников-спринтеров
Педагогический совет на тему: «Проблемы оценивания в современной школе» «Оценка: «за» и «против»
Поведенческие технологии для электронной коммерции с оплатой за результат Докладчик Алексей Бондаренко Директор московского о
Непосредственная и представительная демократия. Особенности федерализма в России. (Тема 4)
Создание толерантной среды для формирования коммуникативных навыков младших школьников средствами проектной деятельности Из
Применения новой золотой маски от Mixit!
Презентация по МХК Культура Древнего Востока
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть