3.15数据存储C.A.Ross,麻省理工大学，材料科学与工程系.PDFVIP

3.15 数据存储 C.A. Ross, 麻省理工大学，材料科学与工程系 参考文献：Braithwaite和Weaver ，Electronic Materials ，第3.8~3.10，3.12和3.3节 Jiles ，Introduction to Magnetism and Magnetic Materials ，第14章 磁记录－磁带或硬盘记录系统 通过感应写入： 当电流穿过缠绕磁芯的线圈时，在磁芯的间隙中产生磁场。磁场将数据写在磁盘上。 通过感应读出： 当磁头扫过媒介中比特的边缘磁场时，间隙中的磁通量变化感应出磁芯中的磁化量变化，并 在线圈中感应出电压。 媒介通常沿平面磁化。磁化方向的变化（并引起相关的边缘磁场变化）用 “1” 表示。磁 化方向没有变化用“0 ”表示。 磁头材料：软磁性，高的导磁率，高的饱和磁化。 透磁合金，NiFe H ~4 A/m B =0.9T μ = 20,000 （在10 MHz时的值为1000） c s r 山达斯特合金，FeAlSi H ~5 A/m B =1.0T μ = 10,000 c s r FeN H ~100 A/m Bs=2.8T μ = 1,000 c r 介质：硬盘 Al/NiP或者玻璃基板。 (200)织构取向的Cr层。 (1120)织构取向的CoCrPtTa…合金；高温下生长时Cr在晶界偏聚，使得每个晶粒都被 去耦合并作为一个单畴粒子。Pt能够提高K1值。 涂覆氟化物作为润滑剂的碳－氮－氢。 磁迹间距1 μm ，比特长度约为0.1 μm 。 磁带：PET基板（聚对苯二甲酸乙二醇酯） 高分子粘结剂中的γ-Fe2O3 （磁赤铁矿）粒子。单畴；由于高的矫顽场强而被延长，也可通 过添加Co来提高。这是一个带有缺陷的尖晶石结构（尖晶石结构式为AB O ，例如，Fe O ； 2 4 3 4 A在四面体位置，B在氧八面体位置，O为面心立方结构。） 其它粒子也被应用 － CrO ，Fe ，BaO-6Fe O 2 2 3 磁阻回读 1 6 2 磁性材料的磁阻来源于自旋极化电子穿越材料时散射的差别。例如，Fe具有…3d 4s 的电子 结构。在固体中，向上自旋的电子数比向下自旋的电子数多2.2个，取向平行于磁场方向。 如果磁场方向平行于电流方向，散射的机会将更多，因而磁阻也更高：ΔR值小，例如，透 磁合金（NiFe ）的相应值为2% 。 2 各向异性磁阻（AMR ） R ＝R0 + ΔR cos θ 在多层结构中，例如Co/Cu/Co/Cu… ，Fe/Cr/Fe/Cr…或者Co/Cu/NiFe ，会出现一种被称作巨 磁阻（GMR ）的效应。散射与相邻磁化层的相对磁化程度相关：如果两层是平行的，则磁 阻较低。该效应大约为10%。它与电流方向无关，而仅与各层的相对磁化有关。 巨磁阻效应被用于制造数据读回磁头。使用了被称作自旋阀的堆栈： 反铁磁体－铁磁体－非磁体－铁磁体。 反铁磁体钉扎相邻的铁磁体（钉扎层）。其它铁磁层能够通过旋转磁化方向来应对来自磁盘 上比特的边缘磁场。堆栈的磁阻与两层磁化层中的磁化方向之间的夹角相关，因此它对来自 磁盘的磁场敏感。 反铁磁体可以是FeMn ，IrMn ，NiO ，等等；铁磁体为Co或NiFe ，非磁化间隔层为Cu （自旋 阀）或Al2O3 （隧穿结）。在隧穿结中，可以