第6章磁记录材料

1、第6章 磁记录材料 本章将要介绍的主要内容： 磁记录概述； 磁头及磁头材料 ； 磁记录介质及介质材料 ； 磁光记录材料 ； 磁泡及磁泡材料 6.1 磁记录概述 我们已经进入信息社会？ “知识大爆炸”？ 记忆靠人脑？ 6.1.1 磁记录的基本过程 （b） （a） （c） 抹音磁头 录音磁头 放音磁头 驱动器 记录信号时，录音磁头线圈上产生一个信号电流，该电流将电磁铁磁 化，在气隙出产生溢出磁场。当磁带转动通过磁头气隙时，气隙处的 溢出场将磁带磁化。磁带转动离开气隙后，磁化部分残留剩磁，该剩 磁即为记录信号。 放音时，从介质表面发散的磁通将进入放音磁头磁芯，从而在磁头线 圈中产生感应电压，该电压正

2、比于磁通的变化率。虽然线圈中的感应 电压不可能是记录信号的精确重复，但是经过适当的电路处理以后， 就能重现记录信号。 存放过程中，不允许外加的杂散磁场超过用于记录的磁场的强度，否 则磁带中所记录的信息将出现错误。 抹音时，抹音磁头可以产生一个大于记录磁场强度的磁场，就可以抹 除原先记录的信息，抹除之后，记录介质又可准备记录新的信息。 6.1.2 模拟式磁记录 模拟式磁记录 无调制记录 无偏磁记录 偏磁记录 调频制FM 调幅制AM 脉冲时间调制PTM 脉冲宽度调制PWM 脉冲编码调制PCM 偏磁信号本身并不反映在磁介质的记录信号上。 通过磁头（电磁转换器）实现 模拟信号或脉冲信号反 映在磁介质的

3、记录信号 上。通过电子管、晶体 管等调制器来实现的； 调制记录 无偏磁记录 信号转换成电流后，直接送入磁头线圈而记录在 磁介质上 缺点：信号失真、能量转换效率差、信噪比低等； 偏磁记录 直流偏磁 交流偏磁记录 调幅 高频载波： 调制信号： 调制后： sin ccc uUt sin mmm uUt sinsin ccmmc uUUtt（） 调频 cos ccc uUt 载波信号： 调制信号： 调频波为： cos mmm uUt 0 cos(sin) ccfm uUtmt 5.1.3数字式磁记录 数字式记录 数字记录采用on和off这两种有一定间隔的脉冲信号，主要 采用“1”和“0”这两种数值的信

4、号。 数字信号记录有利用磁化方向记录和利用磁化反转记录两 种方式，记录原理如下： 10 1 1 0 0 a.利用磁化方向进行记录 b.利用磁化反转进行记录 数字信号调制原理 t b 010 00 1 11 +I -I 磁头行走方向 数字信号 记录介质 记录电流 脉冲电压 （再生） 两种磁化模式 NNSS 排斥 厚度d 比特间距b（因排斥而发生退磁效应） a.水平磁化模式（bd） N S b d b.垂直磁化模式（b0），矫顽力大（160kA/m320kA/m）。 Mn-Bi在晶体结构上有两个相，即低温相和高温淬火相。 低温相居里温度较高，TC=360。当加热至居里温度以上时，部分转 变为顺磁相

5、，从而导致磁矩下降。高温顺磁相急冷至室温（淬火）时， 晶体将保持高温相的结构。 高温相的居里温度低，TC=180，对磁光记录有利，但由于MS低， 相应的F也低，读出信号变小。 结晶相晶体结构 居里温度 （） 室温磁化强度 （kA/m） 品质因子 （633nm） 相对激光记 录功率 相对读出信号 （633nm） 低温相NiAs3606003.0511 高温相无序NiAs1804401.40.20.350.30.5 缺点： TC太高 缺点： 不稳定 因此，Mn-Bi尚无应用 稀土-过渡族元素非晶态薄膜 非晶态的优点是可获得成分连续变化的合金体系，这样可大范围调节记 录介质的磁光性能，因此对设计理想

6、的磁光记录介质十分有利。 非晶态R-TM合金中，当R为轻稀土类时，磁矩基本上是相互平行的 （铁磁性）；R为重稀土类时，磁矩为反平行的（亚铁磁性）。因此， 重稀土-过渡族金属合金，可以使整体磁化强度MS较小。同时，单原子 各向异性大的Tb、Dy和Co感生的非晶薄膜的各向异性能也大。因此， Tb-Fe-Co非晶态薄膜成为磁光盘中使用最为普遍的合金成分。 Tb-Fe-Co非晶膜有以下优点： （1）在近红外区（例如光波长为800m）能长期使用； （2）可容易地获得垂直磁化膜； （3）为非晶态结构，可避免晶界等造成的再生噪声； （4）居里温度TC为200，与现在半导体激光功率可良好对应等 稀土-过渡族元

7、素非晶态薄膜发展趋势 轻RE(Nd，Ce)-Co和重RE(Cd，Tb，Y)-Co非晶态 合金薄膜的与激光波长变化关系的比较 高密度存储要求记录波 长变短，但重RE-TM化 合物的 值变小，因此， 短波长磁光记录应采用 轻稀土-过渡族金属非晶 态薄膜 K 石榴石氧化物薄膜 石榴石氧化物在短波长时有很大的磁光效应，波长为510nm时 的法拉第效应达7.5/m ，非常利于用作磁光存储介质。 RE-TM非晶态薄膜虽成功用于第一代磁光盘，但由于以下原因难以在记 录密度上有更大的突破： 首先，稀土抗氧化能力差，对需永久保护的文档资料是一个安全隐患； 其次，RE-TM靶材的制作和回收困难，不利于降低盘片的制

8、作成本 1958年发现YIG单晶能传递红光和近红外光，且法拉第旋转角较大； 1963年用它的单晶作成磁光调节器； 70年代初，液相外延石榴石单晶薄膜成功地用于磁泡器件； 80年代初期石榴石薄膜的磁光盘研究成了热门话题 ； 利用石榴石氧化物记录介质的高度抗氧化性和抗辐照性，其可用于 特殊用途，如军事、航空、航天等 。 薄膜各向异性和磁光效应 主要考虑石榴石薄膜各向异性常数KU和磁光效应特性 其各向异性主要源于感生应力： 其中： 3 2 US K fs 1 Y aT 薄膜与衬底不同的热 膨胀而引起的应力 杨氏模量 泊松比 薄膜的膨胀系数 衬底的膨胀系数 磁光效应主要来自电子自旋-轨道相互作用，其能

9、量大小为： LSLS HL S 自旋-轨道耦合系数 轨道角动量 自旋角动量 Pt/Co超晶格和Pt-Co合金薄膜 Pt/Co超晶格在波长400nm下，K0.3，其磁和磁光性能已达到实际 使用的要求；另外，Pt/Co超晶格的反射率高，其磁光品质因子在短 波长范围内优于RE-TM薄膜，是下一代超高密度的磁光存储介质 。 一般认为，其有效单轴各向异性来源于： Pt/Co超晶格一般采用溅射成膜的方法制备 2 effTMSVTM KtKKt CoPt合金薄膜也具有强的垂直各向异性、高的矫顽力和大的极向克尔 旋转，是下一代短波长磁光记录的后备材料 磁性层厚度 界面各向异性 体积各向异性 6.5磁泡及磁泡材

10、料 6.5.1 磁泡材料应具备的条件 磁泡材料应具备如下条件： （1）材料应能垂直磁化，要求： （2）磁泡的直径要小，磁学特性与温度相关性要小。磁泡的 最小直径取决于材料自身的磁学特性： （3）磁泡的迁移率要比较大。 为提高磁泡的迁移率，材料的K不宜过大。同时，若材料的 K值过大，还会导致磁泡直径大，不利于高密度记录，因此 必须探求最佳磁学特性的范围 2 0 2 S M K 2 2 w S d M 6.5.2 磁泡材料 磁泡材料主要有单晶石榴石外延薄膜和非晶态合金薄膜两种类型 单晶石榴石外延膜 是目前使用的磁泡材料，研究内容主要包 括：寻找小泡径材料，提高畴壁迁移率，改善温度系数等。 目前常用的材料有：(EuEr)3(FeGa)5O12，(EuY)3(FeGa)5O12， (SmY)3(FeGa)5O12，(YSmLuCa)3(FeGe)5O12等 。 非晶态磁泡材料，泡径约在0.085m之间，畴壁迁移率为 61.5376.9cm/sA/m。因此非常适合制造高密度，高操作速度的 磁泡存贮器。因为是非晶态，所以制作薄膜时无需单晶基片，并 省去了单晶生长、切割、研磨、抛光等大量繁琐的工艺，同时降 低了成本。然而非晶态磁泡材料有温度性能差的明显缺点，所以 很难用来制作磁泡器件 6.5.3 磁泡器件的制作 GGG单