Bit Patterned Magnetic Recording: Theory, Media Fabrication, and Recording Performance
用于磁纪录的位图案化介质（BPM）提供了一种密度为$>1 Tb/in^2$的途径，并且规避了与传统颗粒介质技术相关联的许多挑战。BPM不是在随机颗粒的集合上记录一位，而是使用光刻定义的孤立磁岛阵列，每个磁岛存储一位。BPM的制造被认为是其商业化的最大挑战。在这篇文章中，我们描述了一种BPM的制造方法，它结合了电子束光刻，定向自组装的嵌段共聚物，自对准的双重图案化，纳米压印光刻，和离子铣削生成BPM的基础上CoCrPt合金。这种制造技术的组合实现了$<10 nm$的特征尺寸，明显小于传统半导体纳米制造方法可以实现的尺寸。与使用圆形岛的六边形紧密排列阵列的早期工作相比，我们的最新方法使用矩形位单元创建BPM，这有利于与现有硬盘驱动器技术集成。矩形位的优点进行了分析，从理论和建模的角度来看，和系统集成的要求，如伺服模式，实现写同步，并提供一个稳定的头-盘接口的实验结果的背景下解决。讨论了磁性合金材料的热稳定性、可写性和开关场分布的优化，并提出了一种在图案化模板上生长BPM岛的新方法。在$1.6 Td/in^2$（teradot/inch ${}^2$，大致相当于$1.3 Tb/in^2$）上的新记录结果证明原始错误率$<10^{-2}$与现代硬盘驱动器的记录系统要求一致。BPM的可扩展性，以更高的密度，其最终与能量辅助记录的结合进行了探讨。
2015-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The superior role of the Gilbert damping on the signal-to-noise ratio in heat-assisted magnetic recording
在磁纪录中，信噪比（SNR）是写入比特质量的良好指标。然而，先验地，不清楚哪些参数对SNR具有最强的影响。在这项工作中，我们调查的吉尔伯特阻尼的SNR的作用。采用原子模拟程序VAMPIRE对两种不同晶粒尺寸的类FePt硬磁材料$d_1=5\,$ nm和$d_2=7\,$ nm进行了热辅助磁纪录（HAMR）模拟。仿真结果表明，信噪比饱和阻尼常数大于或等于0.1。此外，我们可以表明，吉尔伯特阻尼与位长度一起对SNR具有主要影响，而其他写入头和材料参数对SNR仅具有较小的相关性。
2019-09-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Landau-Lifshitz-Bloch equation for exchange coupled grains
热辅助记录是一种很有前途的技术，可以进一步提高硬盘的存储密度。讨论了具有梯度居里温度的多层记录颗粒，以进一步辅助写入过程。描述正确的磁化动力学的这些颗粒，从室温到远高于居里点，在写过程中，需要计算的比特错误率。我们提出了一个粗粒度的方法的基础上的Landau-Lifshitz-Bloch（LLB）方程模型交换耦合颗粒与低计算量。所需的温度依赖性的材料特性，如零场平衡磁化以及平行和正常的磁化率得到原子的Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）模拟。每个晶粒用一个磁化矢量来描述。为了模拟颗粒间的原子交换相互作用，提出了粗粒化方法中交换场的特殊处理。
2014-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Highly thermally stable sub-20nm magnetic random-access memory based on perpendicular shape anisotropy
提出了一种增加垂直STT-MRAM的缩小尺寸可缩放性的新方法。其在于与常规pMTJ相比显著增加面外磁化隧道结（pMTJ）中的存储层的厚度，以便在该层中引起垂直形状各向异性（PSA）。该PSA通过在基于MgO/FeCoB的磁性隧道结（MTJ）的顶部上沉积厚铁磁（FM）层以使得存储层的厚度变为MTJ柱的直径的量级或大于MTJ柱的直径来获得。与常规自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）（其中去磁能量与界面垂直磁各向异性（iPMA）相反）相比，在这些新颖存储器单元中，PSA和iPMA贡献两者都有利于存储层磁化的面外取向。在这些PSA-STT-MRAM中使用较厚的存储层具有若干优点。得益于PSA，可以实现非常高且易于调节的热稳定性因子，甚至可以达到低于10 nm的直径。此外，低阻尼材料可用于厚FM材料，从而导致写入电流的减小。本文描述了这种新的PSA-STT-MRAM概念，这种存储器阵列的实际实现，磁特性表明，对于直径小至8 nm的MTJ，热稳定性因子高于200，并且在直径小至4 nm的情况下，保持热稳定性因子高于60的可能性。
2018-03-07 cond-mat.mtrl-sci
AC noise reduction based on exchange coupled grains for heat-assisted-magnetic recording: The effect of an FeRh interlayer
高存储密度和高数据速率是现代硬盘驱动器最需要的两个属性。热辅助磁纪录（HAMR）被认为可以实现这两个目标。与硬磁单相颗粒（如FePt）相比，由具有高和低$T_{\mathrm{C}}$部分的交换耦合颗粒组成的记录介质显示出具有低DC噪声，但增加了AC噪声[1]。在这项工作中，我们广泛调查的FeRh中间层上的磁噪声交换耦合晶粒的影响。我们找到了一个最佳的晶粒设计，减少抖动在下行轨道方向的30%，并在偏离轨道方向的50%，这取决于头的速度，相比，相同的结构没有FeRh。此外，造成这种抖动减少的机制被证明。此外，我们表明，对于超短的热脉冲和低写入温度的开关时间分布的分析晶粒结构的减少了四个因素，相比，相同的结构没有FeRh层。这一特点可能是有趣的HAMR与脉冲激光光斑，并可能恢复讨论这种HAMR技术。
2017-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electrically controlled Heat Assisted Magnetic Recording in Intercalated 2D Magnets
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出一种全电子热辅助磁记录方法，利用低电流密度脉冲产生焦耳加热，结合二维磁体实现高效数据写入，突破传统磁记录三重困境。
2026-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Models of Advance Recording Systems: A Multi-timescale Micromagnetic code for granular thin film magnetic recording systems
微磁建模提供了精确模拟大型磁系统的能力，而没有原子建模所施加的计算成本限制。通过微磁建模，可以在纳秒到数年的时间范围内模拟由数千个颗粒组成的系统，这取决于所使用的求解器。在这里，我们提出了一个开源的多时间尺度的微磁代码的创建和发布相结合的三个关键的求解器：Landau-Lifshitz-Gilbert; Landau-Lifshitz-Bloch;动力学蒙特卡罗。该代码称为MARS（高级记录系统模型），能够准确模拟大型和结构复杂的单层和多层颗粒系统的磁化动态。分别通过实现的Landau-Lifshitz-Gilbert和Landau-Lifshitz-Bloch解算器实现了远离和接近居里点的系统的短时间尺度模拟。这使得能够对一般垂直磁纪录以及现有技术的热辅助磁纪录（HAMR）进行读/写模拟。长时间尺度的行为是通过模拟动力学蒙特卡罗求解器，使调查信噪比和数据寿命。这些求解器的组合开辟了在单个软件包中进行多时间尺度模拟的可能性。例如，从初始数据写入和数据读回到长期数据存储的整个HAMR过程可以通过使用MARS的单个模拟来实现。对MARS的材料输入使用原子参数化可以实现高度准确的材料描述，从而在原子模拟和现实世界实验之间架起桥梁。因此，MARS能够对记录介质研究和开发的各个方面进行模拟。这包括从材料表征和优化到系统设计和实施。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Multiscale micromagnetic / atomistic modeling of heat assisted magnetic recording
本文提出一种多尺度HAMR建模方法，结合原子自旋动力学与微磁模拟，在移动窗口内高效模拟FePt介质记录过程，并通过GPU优化显著提升计算速度。
2025-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Modulation of Magnetic Anisotropy and Spin-Orbit Interaction by Electrical Current in FeCoB Nanomagnets
本研究提出测量纳米磁体中电流调制磁各向异性与自旋轨道相互作用的新方法，识别出平方电流（源于自旋霍尔效应）和线性电流（源于霍尔效应）两种贡献，前者在多层结构中显著增强，可实现高效数据记录，为MRAM优化提供新途径。
2024-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Near-Field Microwave Microscope For RF Defect Localization in Superconductors
铌基超导射频（SRF）腔的性能对局部缺陷敏感，这些缺陷在高加速梯度下引起猝灭。为了在其工作频率和温度下识别Nb块体表面上的这些材料缺陷，重要的是开发一种新的具有局部和强RF磁场的宽带微波显微镜。通过利用在磁纪录工业中广泛使用的写头技术，可以在超导体表面上获得亚微米长度尺度上的~200 mT RF磁场，其在Nb的热力学临界场的量级上。我们已经成功地诱导了非线性迈斯纳效应通过这种磁性写头探针在各种超导体。这种设计应该具有高的空间分辨率，是一个有前途的候选人找到局部缺陷的散装铌表面和薄膜涂层的利益加速器的应用。
2010-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Micromagnetic Modelling of the Heat Assisted Switching Process in high Anisotropy FePt Granular Thin Films
对辅助磁开关的动态过程进行了数值模拟，研究了相关物理过程。该模型采用Voronoi构造来确定纳米颗粒薄膜记录介质的物理结构，并求解Landau-Lifshitz-Bloch（LLB）方程来随时间演化磁系统。在峰值系统温度的范围内并且对于多个各向异性值确定磁化的减少。结果表明，HAMR过程不是简单的热还原能垒上的磁化反转。为了实现完全磁化反转（对于所有研究的各向异性），需要至少6 kOe的外加场强，并且峰值系统温度必须至少达到居里点（Tc）。当加热到Tc时，与每个晶粒相关联的磁化被破坏，这引起非进动线性反转模式。通过这种线性反转模式反转磁化是有利的，因为反转时间比与进动相关联的时间小两个数量级。在这些条件下，随着温度降低到环境温度，磁化在所施加的场的方向上恢复，完成反转过程。此外，该模型产生的结果是一致的概念，热写入;当加热介质的Tc，较小的晶粒需要一个较大的场强反转磁化。
2019-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of Sn-substituted Ni-Zn ferrite:synthesized from nano-sized powders of NiO, ZnO, Fe2O3 and SnO2
采用标准固相反应技术，以纳米粉体为原料，合成了一系列Ni0.6-x/2Zn0.4-x/2SnxFe 2 O 4（x = 0.0，0.05，0.1，0.15，0.2和0.3）（NH 4FO）铁氧体复合材料。用X射线衍射仪（XRD）对所研究的样品进行了观察，发现其均为尖晶石立方结构。由磁滞回线计算了样品的饱和磁化强度（Ms）、剩磁（Mr）、矫顽场（Hc）和玻尔磁子（B）等磁性参数。发现Ms的值随着样品中Sn含量的增加而减小。这一变化已成功地解释了由于Sn在不同位置的替代A-B相互作用强度的变化。所制备的铁氧体复合材料的组成稳定性和质量也已通过在宽范围的频率区域内相当恒定的初始磁导率（f）得到认可。随着Sn含量的增加，观察到f的下降趋势。居里温度（TC）随着Sn含量的增加而增加。广泛的扩展频率应用范围表明，NRFO可以被认为是一个很好的候选人，用于宽带脉冲Transformer和宽带视频记录读写头。用已有的理论解释了x = 0.05时的反常行为。
2017-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Demonstrating magnetic memory in iron-rhodium structures using a quantum diamond microscope
Joint Quantum Institute, University of Maryland（马里兰大学联合量子研究所）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；Quantum Technology Center, University of Maryland（马里兰大学量子技术中心）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）；The U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Maryland（马里兰大学电气与计算机工程系）
本研究利用宽场和扫描纳米量子金刚石显微镜直接成像图案化FeRh薄膜的磁场，实验证明FeRh中反铁磁与铁磁相变时磁取向保持稳定，为基于反铁磁的磁记忆技术奠定基础。
2026-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
