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通过磁各向异性实现强大的高性能数据存储

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-17 】 点击次数:
最新一代的磁性硬盘驱动器是由殷钢材料的磁性薄膜制成的。它们通过使用激光对超小纳米域进行局部加热(即所谓的热辅助磁记录或HAMR),实现了极其强大且高数据存储密度。尽管加热,这种殷钢材料的体积几乎不会膨胀。用于此类HAMR数据存储器的技术上相关的材料是铁铂纳米颗粒的薄膜。由HZB的Matias Bargheer教授和波茨坦大学的联合研究小组领导的国际团队现在首次通过实验观察了这些铁铂薄膜中特殊的自旋-晶格相互作用如何抵消了热膨胀晶格的
实验是这样进行的: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。图片来源:M。Bargheer / Uni波茨坦
在热平衡中,铁铂(FePt)属于殷钢材料的一类,加热时几乎不会膨胀。早在1897年,镍铁合金“因瓦”中就观察到了这种现象,但是直到最近几年,专家才能够了解是什么因素导致了这种现象:通常,固体的加热会导致晶格振动并引起膨胀。因为振动的原子需要更多的空间。但是,令人惊讶的是,加热FePt中的自旋会产生相反的效果:自旋越热,材料沿磁化方向的收缩就越大。结果是Invar提供的属性:最小扩展。
 
由马蒂亚斯Bargheer教授领导的一个研究小组已经通过实验比较了第一次不同的铁铂轻薄本引人入胜的现象影片。Bargheer领导柏林Helmholtz-Zentrum和波茨坦大学的联合研究小组。他与里昂,布尔诺和开姆尼茨的同事一起,希望研究完全结晶的FePt层的行为与用于HAMR存储器的FePt薄膜有何不同。这些由嵌入碳基质中的铁和铂的堆叠单原子层的晶体纳米颗粒组成。
 
 
 
样品被局部加热并用两个连续的激光脉冲快速激发,然后通过X射线衍射测量以确定晶格在局部膨胀或收缩的强度。
 
“我们惊讶地发现,连续的晶体层在用激光短暂加热时会膨胀,而松散排列的纳米颗粒会以相同的晶体取向收缩,” Bargheer解释说。“另一方面,HAMR数据存储器的纳米颗粒嵌入碳基质中,并生长在基板上,其对激光激发的反应要弱得多:它们先略微收缩,然后略微膨胀。”
 
该研究的第一作者,博士学位的亚历山大·冯·雷珀特(Alexander von Reppert)Bargheer小组的一名学生说:“通过这些超短X射线脉冲实验,我们已经能够确定这种薄膜的形态有多重要。”他说,秘密是横向收缩,也称为泊松效应。 。
 
Bargheer说:“每个坚决按下橡皮擦的人都知道这一点。” “橡胶在中间变厚。”
 
Reppert补充说:“纳米粒子也可以做到这一点,而在理想的薄膜中,在平面上没有扩展空间,这必须与垂直于薄膜的自旋驱动收缩一起进行。”
 
因此,嵌入碳基质中的FePt是一种非常特殊的材料。它不仅具有异常坚固的磁性。它的热机械特性还可以防止加热时产生过大的张力,这会破坏材料,这对于HAMR很重要!
 

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