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硬盘磁记录介质的发展与展望 罂坚罂型型！?蹬。 缝尘臻氅竺鹜绘兰竺坠竺硬盘磁记录介质的发展与展望王辉，黄致新，张峰，刘敏（华中师范大学物?科学与技术学院，武汉）摘要磁记录是当今信患社会?可或缺的信息记录方式。 本文综述了磁记录的发晨历程，硬盘磁记录介质的研究状况以及最新进展情况，重点介绍了磁记录的几种主要形式及其发展所面临的困难，并对硬盘磁记录介质的发展前景进?了展望。 关键词磁记录介质；纵向磁记录；垂直磁记录；热辅助磁记录；超顺磁效应【）一（）一前言随着计算机和因特网技术的发展，人类已步人飞速发展的数字信息化时代，需要处?和保存大?数据和信息，这使得人们对信息存储的要求向着高密度、大容?、高速度、低成本和微小型化的方向发展，产品?断?新换代。 磁记录介质具有性能可靠、使用方?、成本低廉、?于保存和重复使用等特点，从而成为当今信息社会必?可少的信息记录材?。 磁记录技术及其发展磁记录技术的发展并?漫长。 ?，美国人奥?史密斯（）发表论文，认为磁性录音是可?的。 ?麦人普尔生（）将声音信号转变成电流，电流使电磁铁产生磁场，将钢丝连续磁化，然后再通过电磁感应将信号读出来转换为声音?。 后来他又发明了支流偏磁方式改进实验。 由于普尔生对磁记录的特殊贡献，人们将其称之为“磁记录之父”。 随后由于高分子材?的进步以及交流偏磁技术和环型磁头的发明，最终在世纪?代出现了磁带录音机。 ?，磁记录方式被使用于存储计算机数字信号。 最早的硬盘是由公司于?生产的一作者简介黄致新（一），男博士、副教授，硪士生导师主要从事信息存储功能薄膜材?研究工作。 “”，其记录密度只有几个（，容?只有，却由个英寸的磁盘组构成，体积同普通沙发相差无几。 但其后硬盘的面密度一直在?断地得到迅速提高。 ?随着磁阻磁头（）的使用，加上部分响应最大似然通道（）技术的采用，硬盘记录密度的?增长率从增大到”。 特别是在?，法国巴黎大学的研究小组首先在多层膜中发现了巨磁电阻（效应，并在?公司将其应用于硬盘之卜后，硬盘记录密度的?增长率?是增大到”“。 图反映了磁记录密度?断提高的情况【。 图磁记录密度提高情况虽然硬盘的面密度一直在以惊人的速度提高，但是这期间采用溅射法加工成连续薄膜作为硬盘介质的历史只有?。 以薄膜作为硬盘记录介质的阶段大致可必分为以下个阶段第个阶段（）是读、写头都为磁感应磁头的阶段，获取合适的记录介质以及提高硬盘的制万方数据信息记录材?第卷第期记录与介质造技术是主要目标；第个阶段（）是采用了磁阻磁头（）技术，大大提高了磁头的灵敏性，降低了噪声，提高了信噪比（）。 ?过信噪比的提高幅度仍有限；第个阶段（）是采用巨磁阻（）磁头技术，大大改善了信噪比，磁记录密度也迅猛提高?；第个阶段是在?采用在记录层下加入稳定层、虚拟增加磁粒子体积的（反铁磁性耦合）介质步入了实用化阶段，在一定程度上缓解了超顺磁效应极限限制的问题”；第个阶段是当前正在热点研究并已初步实用化的技术，采用了有别于以往纵向磁记录介质，即垂直磁记录阶段。 薄膜磁性材?一般具有显著的磁各向异性，根据薄膜的磁化择优方向，磁性记录方式可分为纵向磁记录（；）和垂直磁记录（驴“）。 纵向磁记录（）目前，商用的硬盘磁记录方式绝大部分仍然为纵向记录方式，即采用磁场的磁化方向与盘片表面平?的方式（图）。 纵向记录是薄膜沿膜面方向表现出较高的剩余磁化。 目前采用的主要是钻合金一类的金属高磁化材?。 过渡区图水平排列方式在纵向记录中，记录密度的提高，主要受两个方面的制约一是数据存取速率依赖于记录位中的磁化方向的转换速度；二是随着记录密度的?断提高，记录位的线度也逐步趋进于超顺磁极限。 存储面密度的提高，就意味着代表每个的磁记录位和组成它的磁粒的体积要相应减小，其所具有的能?自然随之下降，发展到一定程度之后，只需要很小的能?，比如室温下的热扰动就可以将磁粒翻转，磁记录位保存的数据就会被破坏，就无法再正确地读出，这就是所谓的“超顺磁性”效应（）“。 这就出现了面密度在?磁头应用后，?增长率从增大到，然而到?前后，面记录密度?增长率却突然降到了。 当膜薄到一定程度就会出现锯齿形畴壁，使得相位之问的过渡区（）加宽，噪声随之增大”“。 此外，随着记录密度的?断提高，纵向记录介质中由退磁场引起的热噪声会越来越大。 ?（反铁磁性耦合）介质步人了实用化阶段，这种方式在一定程度上解决了超顺磁效应的问题，但在硬盘的容?超过的时候仍然遭遇了瓶颈。 ?论上纵向磁记录的极限是，而目前已经达到了“，已经趋近于?论上的超顺磁极限，发展空间已十分狭小。 而垂直磁记录，记录密度越高其退磁场反而越小，介质噪声也会相应减小。 因此，当传统的纵向磁记录方式受到越来越多问题困扰的时候，人们又在加紧进?具有很大发展潜?的垂直磁记录介质的研究。 垂直磁记录（）其实人类开始磁记录是从垂直记录开始的，普尔生（）的钢丝录音机就是采用的垂直磁记录“。 日本东?工业大学岩崎俊一（）首先在?证明了垂直记录的明显密度优势，并首先采用溅射法制得了垂直磁化膜“。 所谓“垂直记录”，是相对于目前硬盘制造领域被广泛使用的“纵向记录”存储方式而言，记录介质的?磁化方向与介质膜表面垂直，使磁记录位的排列方式与盘片垂直，而?是原有的使两者呈水平关系的排列（图）。 图垂直排列方式这样，磁记录位在盘片上所占的面积可以继续减小，而在垂直方向却能够保持?变甚至适当增加，可以使得磁记录位的体积增大或?变，使所具有的能?增大或至少?变，从而保证了热稳定性“。 垂直记录由于退磁场小，是一种适于高密度的记录方式。 其极限记录密度比纵向记录高几倍。 按照?论，采用”垂直记录”工艺的硬盘的存储密度可以达到，是纵向磁记录?论密度的十倍。 现有的万方数据罂婴罂竖竺罂。 丝翟唑氅堂堂型盥盟垂直磁化膜主要有合金系列垂直磁化膜；金属多层膜，如、多层膜；非晶垂直磁化膜，例如、皿一、等系列“。 垂直记录方式的磁盘已经进入了市场。 ?月，东芝在业界率先宣布实现了垂直记录方式的实用化，推出采用垂直磁记录方式的英寸硬盘，其面记录密度达到。 ?，垂直记录硬盘的存储密度已经达到了惊人的。 硬盘厂商推出的产品密度稍小，也达到了。 硬盘的主要制造商希捷也率先在?中推出了一款采用“垂直记录”技术制造的笔记本电脑硬盘。 ?月，日立储存科技（）推出约英寸，质?轻达的微硬盘“，商品名为，就采用了垂直记录，容?却已有。 新型小型硬盘将会成为高容?智能型手机、多功能影音播放器，以及其它可携式消费性产品的主要构件，对于闪存盘将是一有?威胁。 预测在?内，磁盘产品的密度将会达到目前技术下磁盘密度的倍；在?内，垂直记录（包括混合方法）会使磁盘密度达到目前技术下磁盘密度的倍。 随着记录密度的提高，垂直磁记录的磁粒体积相应也会减小，也将面临超顺磁效应和热噪声等问题。 此外由于介质的自然磁共振现象，磁记录方式的写入频率也只能限制在几。 晶各向异性，?大的矫顽?。 因而这些小的磁性颗粒的热稳定性会?好，介质的噪声也会降低，使信噪比提高，达到?高的存储密度，而且可以突破自然磁共振的限制，提高磁记录速率“”。 ?论上的存储密度可以达到。 光磁混合记录对记录介质的综合性能要求较高，它要求介质在室温下具有较高矫顽?、大的剩余磁化强度、合适的居?温度、良好的温度场分布，以及良好的耐疲劳特性”“。 此外光磁混合记录还受到光的衍射效应的限制“?。 ?过，利用近场光技术可以突破衍射效应的限制”?，提高记录密度。 最新进展一项被称之为“自组装磁性颗粒阵列”（“）的热门技术被看好为未来制作磁介质存储器件。 该技术可以使纳米尺寸的铁铂合金颗粒在介质表面形成规则的密排分布。 该铁铂合金磁晶各向异性是常规使用的钴铂合金的数十倍以上。 正是由于铁铂合金磁各向异性相当大，室温下矫顽?非常的大，从而使得写入变得相当困难。 一种解决方案是加上技术，在写入时用激光加热正在写入的区域，并在写入后迅速冷却，从而实现数据写入和保存。 如果把技术与技术结合起来，就有望使每个纳米磁晶粒成为记录单元，?论上记录密度可以达到甜。 热辅助磁记录（）结束语为了避免磁畴在室温下自动反转，可以使用具有高磁晶各向异性、高矫顽?的材?作为磁记录层以提高热稳定性，但这样叉会给磁头正常的写人数据带来困难。 由于磁性材?的矫顽?是随着温度的升高并降低的，在居?温度以上，材?就成为顺磁。 随着磁记录位的进一步减小，必须要采用高矫顽?的材?做磁记录层。 但此时由于其矫顽?提高，现有的磁头就非常难以写入，而且进一步提高磁头场非常困难。 可以在写入时用激光照射加热，写入磁头在高温的辅助下将磁畴反转，并在写入后迅速冷却，从而实现数据写人和保存，即热辅助磁记录（砒），也称为光磁混合记录“。 与通常的磁记录相比，的优越性在于，它可以利用?小的磁性颗粒，?强的磁纵向磁记录已经达到记录的极限值，但目前市面上硬盘的主流产品基本上都是采用了纵向磁记录。 近期各大硬盘厂商都计划将记录密度?高的垂直磁记录大规模的应用于硬盘制造中。 东芝（）、日立环球存储科技（）都计划开始?产垂直记录方式硬盘。 此外希捷公司（）和富士通（）也宣布将在?内推出实用水平的垂直记录硬盘产品。 ?初，希捷（）推出市场上容?最大的（）、首款采用垂直记录技术的英寸?携硬盘，是希捷公司推出的第款采用新一代垂直记录技术的硬盘，与同等尺寸的其他硬盘相比，其容?提高了。 硬盘从纵向记录方式向垂直记录方式的过渡即将全面展开。 而记录密度?高的热辅助磁记录（）和自万方数据薹?鲨耋婪銎笔墨誊蒸塑墨茎耋！要组装磁性颗粒阵列（）技术离实用化则有一段比较长的?要走。 随着硬盘的小型化、大容?化以及抗震性的?断提高，以及在产业以外，如、家庭数码影音、数码相机、音乐播放器产品以及汽车导航系统等对硬盘的需求迅速膨胀，硬盘必将继续快速发展。 参考文献【】金养智魏杰信息记录材?【?京化学工业出版社，。 】毗“豫血谢】“争】盯曲“畸弓】她五【】帼地【】咖，【】，印玎，【】跚“印“工“唧日蛳“】“脚砒血，【吼一盯（）【，（）】，工血舢“】虹，【】“【】雌，姜寿亭，李卫凝聚态磁性物?】?京科学出版社。 “【】哪印甜蛐皿，一，弛（）】工哪目五，衄。 “【】，印，曲一?“【】叫伽黄致新，许小红，晋芳，等硬盘用高密度垂直磁记录薄膜研究进展【】信息记录材?，（）且，卸，（竹“【】，巩。 日【】印，出蝴甜谢“【】，。 “】丑，一皿皿，帅眦】村印，“昏“哪岵，鸭啦，垴眦印“县“，眦“甜耻出丑工“盯，“鼬“矗“；百珂“；础“；一挣咒；。 且哪血础“幢”懈伸加万方数据硬盘磁记录介质的发展与展望作者王辉，黄致新，张峰，刘敏，WANG Hui，HUANG Zhi-xin，ZHANG Feng，LIU min华中师范大学,物理科学与技术学院,武汉,430079刊名信息记录材料英文刊名INFORMATION RECORDINGMATERIALS年，卷(期)xx,7 (3)被引用次数1次参考文献(20条)1.Miao XiangshuiMagic RecordingThermally AssistedMagic Recordingor HybridRecordingxx2.K OGrady;H LaidlerThe limitsto magic recording mediaconsiderations外文期刊1999(1/3)3.David NLambeth Harddisk media:future problemsand possiblesolutions外文期刊20004.Jack HJudy 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