Breaking the thermally induced write error in heat assisted recording by using low and high Tc materials
热辅助记录被认为是进一步提高磁纪录面密度的关键技术。在Richter等人的工作[Richter等人,J.Appl.Phys.111,033909(2012)]中,陈述了由于热致写入错误,存储密度将被限制在15至20 Tbit/in 2。在这封信中,我们提出了一种复合结构,由两种材料具有不同的居里温度。硬磁层位于高Tc软磁层的顶部。在该复合材料中,热写入误差在高达50至100 Tbit/in 2的面密度下是可忽略的。结果表明,有效的热场梯度,这是减少在这种复合结构中,是不相关的可能增加的过渡抖动。转变抖动由居里温度的小分布主导。对于复合结构,获得最小的抖动。
2013-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Nano-Subsidence Assisted Precise Integration of Patterned Two-Dimensional Materials for High-Performance Photodetector Arrays
针对二维材料在非平坦衬底上集成困难的问题,提出基于纳米沉降的新型制备方法,实现了微图案化二维材料/硅光电二极管阵列的精确可靠集成,器件峰值灵敏度和外部量子效率优于多数商用产品,为超越硅的微电子学提供可行路径。
2023-06-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Noise reduction in heat-assisted magnetic recording by optimizing a high/low Tc bilayer structure
认为热辅助磁纪录(HAMR)是未来的记录技术。对于具有平均直径为$5$ nm和高度为$10$ nm的高密度介质中的纯硬磁晶粒,切换概率对于位图案化介质中的使用来说不够高。使用具有低居里温度的50 $\%$硬磁材料和具有高居里温度的50 $\%$软磁材料的双层结构以获得大于99.2 $\%$的切换概率,导致非常大的抖动。我们提出了一种优化的材料成分,以达到$P_{\mathrm{switch}}>99.2\%$的开关概率,同时实现纯硬磁材料的窄跃迁抖动。用原子模拟程序VAMPIRE对直径为5 nm、高度为10 nm的单个圆柱形记录颗粒进行了连续激光光斑模拟。测试并讨论了不同配置的软磁材料和不同量的硬磁材料和软磁材料。在我们的分析中,具有20个$\%$软磁和$80\%$硬磁材料的组合物达到具有切换概率$P_{\mathrm{switch}}>99.2\%$、偏离磁道抖动参数$σ_{\mathrm{off},80/20}=14.2$ K和向下磁道抖动参数$σ_{\mathrm{down},80/20}=0.49$ nm的最佳结果。
2017-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Multi-level recording in dual-layer FePt-C granular film for heat-assisted magnetic recording
针对多级磁记录缺乏合适介质的问题,本文开发了由Ru-C隔断层分隔的双层FePt-C颗粒薄膜,利用层间各向异性和居里温度差异实现独立记录,实验与模拟证明其可实现3级并有望扩展至4级记录。
2023-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase-Transition Induced Domain Evolution and Magnetization Dynamics in FePt/FeRh Bilayers for Efficient Heat-Assisted Magnetic Recording
National Institute for Materials Science(物质材料研究机构);Indian Institute of Technology Hyderabad(印度理工学院海德拉巴分校);Western Digital Technologies GK(西部数据技术株式会社)
研究FePt/FeRh双层结构中相变对磁化行为的影响,通过相变诱导的磁域演化降低矫顽力,提升热辅助磁记录效率。
2026-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Superior bit error rate and jitter due to improved switching field distribution in exchange spring magnetic recording
我们报告了两个影响,导致减少交换弹簧介质中的开关场分布。第一种效应依赖于软层和硬层之间的交换耦合与各向异性之间的相互作用的微妙机制,该机制允许交换弹簧介质中的切换场分布的显著减小。与单相介质相比,这种效应将开关场分布降低了约30%。第二个效果是,由于交换弹簧介质相对于单相介质的改进的热稳定性,热波动导致基本跃迁抖动减小。讨论了这种整体改善的开关场分布对颗粒记录中的跃迁抖动和位模式磁纪录中的误码率的影响。考虑到记录过程中的热波动,对于硬层中3%的K1值的分布,颗粒记录中的过渡抖动估计为a = 0.78 nm,这与优化的热辅助记录介质中最佳报告的计算抖动相似。
2015-10-15 cond-mat.mtrl-sci
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
Improving the Signal-to-noise Ratio for Heat-Assisted Magnetic Recording by Optimizing a High/Low Tc bilayer structure
我们通过使用高/低$T_{\mathrm{c}}$双层结构来优化用于热辅助磁纪录的记录介质以降低AC和DC噪声。与以往的工作相比,小吉尔伯特阻尼$α=0.02$被认为是FePt类硬磁材料。对直径为$d=5\,$ nm、高度为$h=8\,$ nm的圆柱形记录颗粒进行了原子模拟。对不同软磁材料成分进行了试验,优化了硬、软磁材料的用量。结果表明,对于具有$α_{\mathrm{SM}}=0.1$和$J_{ij,\mathrm{SM}}=7.72\times 10^{-21}\,$ J/link的软磁材料,具有$50\%$硬磁材料和$50\%$软磁材料的组合物导致最佳结果。此外,我们分析了通过使用优化的双层结构相比于纯硬磁纪录材料,面密度可以提高多少。结果表明,优化的双层设计允许面密度为$1\,$ Tb/in $^2$,高于纯硬磁材料的面密度,同时获得相同的SNR。
2019-07-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-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
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
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
New highly-anisotropic Rh-based Heusler compound for magnetic recording
超顺磁性的存在限制了高密度磁纪录介质的发展。具有强垂直各向异性的硬磁材料提供稳定性和高记录密度。为了克服写入具有大矫顽力的介质的困难,已经开发了热辅助磁纪录(HAMR),在写入之前将介质快速加热到居里温度Tc,随后快速冷却。要求是合适的Tc,再加上各向异性的热导率和硬磁性能。在这里,我们介绍了Rh 2CoSb作为一种新的硬磁铁与潜在的薄膜磁纪录。磁晶各向异性为3.6 MJm-3,2 K时的饱和磁化强度为μ 0 Ms = 0.52 T(室温下为2.2 MJm-3和0.44 T)。在室温下的磁硬度参数为3.7是任何稀土自由硬磁体观察到的最高值。这种各向异性与Co上0.42 μB的未猝灭轨道矩有关,它与具有大的自旋轨道相互作用的相邻Rh原子杂化。此外,从其450 K的Tc得出的各向异性的显著温度依赖性,以及20 Wm-1 K-1的高热导率,使得Rh 2CoSb成为用于具有超过10 Tb/in 2的记录密度的热辅助写入的开发的候选物。
2020-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic Monte Carlo Simulations of a Model for Heat-assisted Magnetization Reversal in Ultrathin Films
为了开发实际上有用的系统,用于以太比特/cm $^2$以上的密度进行超高密度信息记录,需要同时实现室温下的高热稳定性和高记录速率。已经提出的一种达到该目标的方法是热辅助磁化反转(HAMR)。在该方法中,应用高介电常数材料,其介电常数在写入过程期间通过局部加热而暂时降低。在这里,我们提出了动力学蒙特卡罗模拟的HAMR的模型,在该模型中,在膜的中心部分的温度暂时增加到临界温度以上,例如通过激光脉冲。我们观察到,通过这种方法实现的加速,相对于在一个恒定的,亚临界温度下的开关时间,是最佳的中间强度的写入字段。利用有限系统中的成核诱导磁化翻转理论解释了这种效应。我们的研究结果应该是特别相关的记录介质具有较强的垂直各向异性,如Co-Co/Pt或Co/Pd多层膜。
2011-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Rapid heat assisted polarization reversal in ferroelectric thin films
本研究提出利用同步纳秒激光瞬态加热金属电极来辅助铁电薄膜极化反转,并通过热方程建模解释激光相对电脉冲的时序效应。
2025-08-29 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Anisotropic Exchange Spin Model to Investigate the Curie Temperature Dispersion of Finite-Size L10-FePt Magnetic Nanoparticles
本研究构建了含自旋交换各向异性的原子级LLG模型,复现了此前各向同性模型低估的L10-FePt纳米颗粒Tc色散,证实约70%实验观测色散源于尺寸效应,为HAMR介质尺寸控制提供依据。
2025-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetisation dynamics of granular HAMR media by means of a multiscale model
热辅助磁纪录(HAMR)技术代表了最有前途的候选者,以取代当前的垂直记录范例,以实现更高的存储密度。为了更好地理解颗粒介质中的HAMR动力学,我们需要准确地描述接近居里点的温度下的磁化动力学。为此,我们提出了一个多尺度方法的基础上的微磁朗道-Lifshitz-Bloch(LLB)运动方程参数化使用原子计算。LLB形式主义描述了在有限温度下的磁化动力学,并允许有效地模拟大系统尺寸和长时间尺度。原子模拟为LLB方程提供了所需的温度相关输入量,例如平衡磁化强度和各向异性,并且可以用于捕获详细的磁化强度动态。多尺度方法使得有可能克服原子模型在处理大型系统(如记录轨道)时的计算限制,同时结合HAMR过程的基本物理。我们调查的磁化动力学的一个单一的FePt晶粒的温度分布和施加的字段的属性的函数,并测试对原子计算的微磁结果。我们的研究结果证明了这里提出的方法的适当性和潜力,其中颗粒模型能够再现原子模拟和捕获HAMR介质的主要属性。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Understanding the growth of high-aspect-ratio grains in granular L10-FePt thin-film magnetic media
对热辅助磁纪录用$\mathrm{L1_0-FePt-SiO_x}$颗粒薄膜的微结构进行了系统的研究。甚至在$700^\circ \text{C}$下也稳定的FePt-BN成核层用于在高温处理期间控制晶粒尺寸和微结构。该研究发现,具有良好形成的氧化硅(SiOx)晶界的高纵横比FePt晶粒的膜需要在膜生长期间的沉积温度的分级以及氧化硅浓度的分级。已经实现了$\mathrm{L1_0-FePt}$的良好隔离的柱状晶粒,其平均高度大于11 nm,直径小于7 nm。透射电子显微镜(TEM)分析各种非最佳条件下产生的样品的微观结构,以显示膜的微观结构如何取决于每个溅射参数。
2022-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Finite size effects on the ultrafast remagnetization dynamics of FePt
我们研究了FePt在L10相中的超快磁化动力学,在光加热脉冲后,用于热辅助磁纪录。我们比较了连续和纳米颗粒薄膜,并强调了有限尺寸的再磁化动力学的影响。再磁化速度显着增加外部磁场仅为连续的薄膜,畴壁运动支配的动态。在连续膜中的超快再磁化动力学只占主导地位的高磁场的制度中的热传输,而冷却所需的时间尺度是普遍的颗粒膜中的所有磁场强度。这些发现突出了研究磁性材料内禀热输运性质的必要条件。
2019-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci