системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty,
Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. MokhovikovLection №1
Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Магнитная запись
Содержание
- 1. Магнитная запись
- 2. OutlineПерспективы магнитной записиМатериалы для магнитной записи: ●
- 3. Перспективы магнитной записиInternational Workshop Of Non-Crystalline Solids,
- 4. Материалы для магнитной записи: классификация?Возникает вопрос: любой
- 5. Материалы для магнитной записи: классификация?Возникает вопрос: любой
- 6. Материалы для магнитной записи: классификация?Возникает вопрос: любой
- 7. Материалы для магнитной записи: что есть что?ФерромагнетикиАнтиферромагнетикиФерримагнетики(нескомпенсированный
- 8. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ЗАПОМИНАЮЩЕЙ СРЕДЫ● оптимальное соотношение
- 9. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ЗАПОМИНАЮЩЕЙ СРЕДЫСтруктура микрочастиц:● максимальная
- 10. Нобелевская премия 2007: предпосылки
- 11. Нобелевская премия 2007: предпосылкиСама эта связь электрического
- 12. Нобелевская премия 2007: предпосылкиЭлектрическое сопротивлениеНачать рассказ стоит
- 13. Нобелевская премия 2007: предпосылкиНе стоит представлять себе
- 14. Нобелевская премия 2007: предпосылкиPhysics Faculty, Courses for
- 15. Нобелевская премия 2007: предпосылкиЕсли приложить напряжение, то
- 16. Нобелевская премия 2007: предпосылкиСпин и магнетизмУ электрона
- 17. Нобелевская премия 2007: предпосылкиСпин и магнетизмОтличительной особенностью
- 18. Нобелевская премия 2007: предпосылкиСпин и магнетизмТеперь попытаемся
- 19. Нобелевская премия 2007: предпосылкиСпин и магнетизмВажно отметить,
- 20. Нобелевская премия 2007: предпосылкиСпин и магнетизмИтак, «внутренний
- 21. BreakthroughМатериалы, которых никогда раньше не былоСверхрешетка — это
- 22. BreakthroughМатериалы, которых никогда раньше не былоКак только
- 23. BreakthroughМатериалы, которых никогда раньше не былоВ слоистой структуре
- 24. BreakthroughМатериалы, которых никогда раньше не былоКстати, не
- 25. Гигантское магнетосопротивлениеКогда все ключевые аспекты расписаны, остается
- 26. Гигантское магнетосопротивлениеЕсли же приложить внешнее поле и
- 27. Гигантское магнетосопротивлениеЭту задачку нетрудно сосчитать и количественно —
- 28. Гигантское магнетосопротивлениеПервоначальные эксперименты Фера показали уменьшение сопротивления
- 29. Гигантское магнетосопротивлениеТак просто и так сложноНа гигантское
- 30. Гигантское магнетосопротивлениеТак просто и так сложноНапрашивается также
- 31. Гигантское магнетосопротивлениеТак просто и так сложноИспользование эффекта
- 32. Путь развития плотности записи в устройствах магнитной
- 33. в магнитоупорядоченных материалах кроме однородно намагниченных областей
- 34. a=[Mrδ(h+ δ/2)/πHc]1/2a- ширина переходной области между
- 35. Гигантский магниторезистивный эффектNobel Price Winners in Physics
- 36. Гигантский магниторезистивный эффект: определениеГигантское магнитное сопротивление Giant
- 37. Гигантский магниторезистивный эффектГлавный источник GMR-эффекта — так
- 38. Гигантский магниторезистивный эффектВ спиновом клапане с антиферромагнитно-связанными
- 39. Гигантский магниторезистивный эффектСоздание высокочувствительных GMR-головок чтения позволило
- 40. Технологии записи данных: классификацияПродольная записьПерпендикулярная записьСтруктурированные носителиPattern
- 41. Технологии записи данных: Продольная и перпендикулярная записьГлавное
- 42. Технологии записи данных: Продольная и перпендикулярная запись
- 43. Технологии записи данных: Структурированные носителив современных накопителях
- 44. Структурированные носители: проблемные местаТ.о., для того чтобы
- 45. Структурированные носители: перспективы В настоящее
- 46. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)Для
- 47. Термоассистируемая магнитная запись: проблемыПроблемы:
- 48. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)Внедрение
- 49. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)Для
- 50. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)При
- 51. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)Метод
- 52. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)Fujitsu
- 53. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)Для
- 54. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)Однако
- 55. Физический факультет, ЭВУ и системы, 6 семестр,2011
- 56. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR) Элемент
- 57. Физический факультет, ЭВУ и системы, 6 семестр,2011
- 58. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)Примерный
- 59. Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)МатериалыНа
- 60. Технологии записи данныхКак видно из роад-мапа развития
- 61. Физические пределы плотности для каждого метода магнитной
- 62. Проблема суперпарамагнетизмаСуперпарамагнетизм — форма магнетизма, проявляющаяся у
- 63. Жесткий диск: организацияHard (magnetic) disk drive,
- 64. Жесткий диск: организацияУстройства поверхности пластин форматируются —
- 65. Жесткий диск: организацияАдресация данныхЦилиндр-головка-сектор (англ. cylinder-head-sector, CHS)Линейная
- 66. Жесткий диск:Сравнение интерфейсовФизический факультет, ЭВУ и системы,
- 67. Перспективы магнитной записиInternational Workshop Of Non-Crystalline Solids,
- 68. Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013
- 69. Используемые Интернет-ресурсы:http://ru.wikipedia.org/wiki/Жёсткий_дискhttp://www.smarthdd.com/rus/help.htmhttp://citforum.ru/hardware/data/hdd_industry/http://rlab.ru/doc/hdd_from_inside.htmlhttp://ru.wikipedia.org/wiki/Суперпарамагнетизм http://oval.ru/enc/69559.htmlhttp://ufn.ru/ru/rubrics/nobel-lectures/http://remont-hdd.by.ru/ustroistvo.htmlhttp://hddfix.ru/Stati/ZHestkie_diski_Printsipy_raboty_i_vosstanovleniya_/http://www.datalabs.ru/pages/hdd_structureФизический факультет, ЭВУ и системы,
- 70. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК =
- 71. Скачать презентанцию
OutlineПерспективы магнитной записиМатериалы для магнитной записи: ● классификация; ● основные физические характеристики; ● состав. Гигантский магниторезистивный эффект: до и после. Технологии записи данных: ●
Слайды и текст этой презентации
Слайд 2Outline
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 3Перспективы 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, 2009Pattern 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 4Материалы 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 5Материалы 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 6Материалы 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 7Материалы 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 8ТРЕБОВАНИЯ 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 9ТРЕБОВАНИЯ 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 10Нобелевская 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 11Нобелевская 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 12Нобелевская 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 13Нобелевская 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 14Нобелевская 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 15Нобелевская 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 16Нобелевская 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 17Нобелевская 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 18Нобелевская 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 19Нобелевская 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 20Нобелевская 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 21Breakthrough
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 решеткиСверхрешетка — 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 22Breakthrough
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 23Breakthrough
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 24Breakthrough
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 25Гигантское 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 26Гигантское 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 27Гигантское 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 28Гигантское 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 29Гигантское 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 30Гигантское 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 31Гигантское 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 32Путь 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 наночастицыразмером ≤ 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 33в магнитоупорядоченных материалах кроме однородно намагниченных областей (доменов) существуют переходные
области (доменные стенки), в которых намагниченность меняется от точки к
точкеЧтобы 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
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
![a=[Mrδ(h+ δ/2)/πHc]1/2a- ширина переходной области между битами (≈13nm)h- расстояние между головкой и носителем (≈20nm)δ- толщина магнитного](/img/thumbs/0997a557025499249f0557ece08e5843-800x.jpg "Магнитная запись a=[Mrδ(h+ δ/2)/πHc]1/2a- ширина переходной области между битами (≈13nm)h- расстояние между")
Слайд 35Гигантский 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 36Гигантский 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 37Гигантский 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 38Гигантский 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 39Гигантский 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 40Технологии 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 41Технологии 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 42Технологии 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 43Технологии 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 44Структурированные 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 45Структурированные 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 46Термоассистируемая 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 47Термоассистируемая 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 48Термоассистируемая 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 ставить2 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 49Термоассистируемая 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 50Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)
При использовании метода магнитного
доминирования световое пятно, осуществляющее разогрев магнитного материала, имеет большие размеры,
чем ширина дорожкиШирина 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 51Термоассистируемая 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 дорожкиИменно 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 52Термоассистируемая 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 53Термоассистируемая 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 54Термоассистируемая 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 55Физический факультет, ЭВУ и системы, 6 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю.
Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 6th semester,2011
Dr. MokhovikovТермоассистируемая 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 56Термоассистируемая 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 57Физический факультет, ЭВУ и системы, 6 семестр,2011 Доцент Моховиков А..Ю.
Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 6th semester,2011
Dr. MokhovikovТермоассистируемая 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 58Термоассистируемая магнитная запись (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)
Примерный вариант конструкции головки
HAMR, в которой используется традиционная магнитная головка записи и многослойный
нагревательный элементФизический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov
Слайд 59Термоассистируемая 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 60Технологии 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 61Физические 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/дюйм2Структурированная 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 62Проблема 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, 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 64Жесткий 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 65Жесткий 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 диске3 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 66Жесткий 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 67Перспективы 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, 2009Pattern 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 Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013
Dr. Mokhovikov
Слайд 69Используемые 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
Слайд 70Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК = Upgrading and Repairing
PCs. — 21-е изд. — М.: Вильямс, 2012. — С.
653—700. — ISBN 0-7897-3404-4Книга «Архитектура ЭВМ»,автор Мюллер
Книга «Архитектура ЭВМ», автор Танненбаум
Книга «Архитектура ЭВМ», автор Гук
Журнал Технической Физики, том 74, в. 7 «Магнитные свойства нанокристаллических пленок», автор Фролов
Book of Abstracts: Proceedings of Joint European Magnetic Symposia 13-17 September, 2008. - Dublin, Ireland. - 2008.
Book of Abstracts: International Workshop on Structural and Mechanical Properties of Metallic Glasses IWMG09, 2009: Books of Abstracts 17-19 June 2009. – Barselona, Spain, 2009.
Book of Abstracts: Joint European Magnetic Symposia 2010 (JEMS 2010): 23–28 August 2010 – Krakow, Poland, 2010
Book of Abstracts: EastMag Symposium 2013: 13–20 Septemper 2013 – Vladivostok, Island Russkiy, Ajax, 2013
Физический факультет, ЭВУ и системы, 5 семестр,2013 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 5th semester,2013 Dr. Mokhovikov
Используемая литература:
