通过磁各向异性实现稳健的高性能数据存储,这对热辅助磁记录HAMR技术至关重要

最新一代的磁性硬盘驱动器是由磁性薄膜制成的,这是一种因瓦材料。他们允许极其强大和高数据存储密度通过局部加热的超纳米区域激光,所谓的热辅助磁记录或HAMR。这种不胀材料的体积在受热情况下几乎不膨胀。与此类HAMR数据存储器技术相关的材料是铁铂纳米颗粒薄膜。由HZB教授Matias Bargheer博士和波茨坦大学联合研究小组领导的一个国际研究小组,目前首次通过实验观察到这些铁铂薄膜中特殊的自旋转晶格相互作用是如何抵消晶格的热膨胀的。

在热平衡中,铁-铂(FePt)属于 “Invar “材料,加热时几乎不会膨胀。早在1897年就有人在镍铁合金 “Invar “中观察到这一现象,但直到最近几年,专家才了解驱动该现象的机理:通常情况下,固体加热会导致晶格振动,从而引起膨胀,因为振动的原子需要更多的空间。然而出人意料的是,加热FePt中的自旋会产生相反的效果:自旋温度越高,材料沿磁化方向收缩得越厉害。其结果就是从Invar中得知的特性:最小膨胀。通过磁各向异性实现稳健的高性能数据存储,这对热辅助磁记录HAMR技术至关重要。

Matias Bargheer教授领导的一个团队首次在不同铁-铂薄膜上通过实验比较了这一现象。Bargheer领导柏林赫尔姆霍兹中心和波茨坦大学的联合研究小组希望研究完全结晶的FePt层行为与用于HAMR存储器的FePt薄膜有何不同。这些薄膜由嵌入在碳基质中的铁和铂的堆叠单原子层的晶体纳米颗粒组成。

用两个激光脉冲快速连续地对样品进行局部加热和激发,然后通过X射线衍射测量,以确定晶体晶格局部膨胀或收缩的强烈程度。

研究人员惊讶地发现,当用激光短暂加热时,连续的晶层会膨胀,而松散排列的纳米晶粒在相同的晶体方向上收缩,另一方面,HAMR数据存储器的纳米晶粒嵌入在碳基质中,并生长在基底上,对激光激发反应要弱得多。它们先是轻微收缩,然后轻微膨胀。

通过磁各向异性实现稳健的高性能数据存储,这对热辅助磁记录HAMR技术至关重要
实验就是这样进行的:两个激光脉冲以很短的间隔撞击铁铂纳米粒子的薄膜:第一个激光脉冲破坏了自旋顺序,而第二个激光脉冲激发了现在未磁化的样品。然后,X射线脉冲确定晶格如何扩展或收缩。

通过超短X射线脉冲实验,研究人员已经能够确定这种薄膜的形态有多么重要,秘密就是横向收缩,也就是所谓的泊松效应。纳米颗粒在理想的薄膜中,平面上没有膨胀的空间,这将不得不与垂直于薄膜的自旋驱动的收缩一起进行。

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因此,嵌入碳基质中的FePt是一种非常特殊的材料。它不仅具有异常强大的磁性。它的热力学特性还能防止加热时产生过大的张力,而过大的张力会破坏材料–这对热辅助磁记录HAMR下一代数据存储技术来说是很重要的!

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