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健壮的高性能数据存储通过磁各向异性

最新一代的磁性硬盘驱动器是由磁性薄膜制成的,这是一种因瓦材料。通过使用激光对超纳米区域进行局部加热,他们可以实现极强的高数据存储密度。这种不胀材料的体积在受热情况下几乎不膨胀。与此类HAMR数据存储器技术相关的材料是铁铂纳米颗粒薄膜。由HZB教授Matias Bargheer博士和波茨坦大学联合研究小组领导的一个国际研究小组,目前首次通过实验观察到这些铁铂薄膜中特殊的自旋转晶格相互作用是如何抵消晶格的热膨胀的。

在热平衡中,铁铂(FePt)属于因瓦材料,加热时几乎不膨胀。早在1897年,在镍铁合金“因瓦”(Invar)中就发现了这种现象,但直到最近几年,专家们才能够理解是什么机制在驱动这种现象:通常,固体受热会导致晶格振动,而晶格振动又会导致膨胀,因为振动的原子需要更多的空间。然而,令人惊讶的是,加热FePt中的自旋会产生相反的效果:自旋温度越高,材料沿着磁化方向收缩得越多。其结果是已知的因瓦属性:最小展开。

现在,由Matias Bargheer教授领导的团队首次在不同的铁铂薄膜上实验比较了这一令人着迷的现象。巴尔哈尔领导着柏林亥姆霍尔茨中心和波茨坦大学的一个联合研究小组。与来自里昂、布尔诺和开姆尼茨的同事一起,他想研究完美结晶FePt层的行为与用于HAMR记忆的FePt薄膜有何不同。这些纳米颗粒由碳基体中嵌有单原子层的铁和铂堆积而成。

样品被快速连续的两个激光脉冲局部加热和激发,然后用x射线衍射测量来确定晶格局部膨胀或收缩的强度。

“我们惊奇地发现连续的晶层在激光短暂加热时膨胀,而松散排列的纳米颗粒在相同的晶体方向上收缩,”Bargheer解释说。“另一方面,HAMR数据存储器,其纳米颗粒嵌入碳基质并生长在基底上,对激光激发的反应要弱得多:它们先是轻微收缩,然后轻微膨胀。”

这项研究的第一作者,同时也是Bargheer小组的博士生Alexander von Reppert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。”秘密,他说,是横向收缩,也被称为泊松效应。

“每个用力按压过橡皮的人都知道这一点,”巴尔吉尔说。“中间的橡胶会变厚。”

雷佩特补充道:“纳米颗粒也能做到这一点,然而在完美的薄膜中,平面上没有膨胀的空间,而膨胀空间必须沿着垂直于薄膜的自旋驱动收缩。”

嵌在碳基体中的FePt是一种非常特殊的材料。它不仅具有极强的磁性。它的热机械性能也可以防止加热时产生过度的张力,这会破坏材料——这对HAMR很重要!

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