1、硬盤核心系統(tǒng)包括存儲信息的磁介質(zhì)、讀寫信息的磁頭和實現(xiàn)快速讀寫的機(jī)械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，其中涉及的學(xué)科非常廣泛，包括材料、機(jī)械、電子、自動化、計算機(jī)等工科的研究，也與物理、化學(xué)這些理科的基礎(chǔ)研究密切相關(guān)。本文的研究主要集中在對硬盤工業(yè)最關(guān)鍵的核心磁性器件的研究領(lǐng)域。微磁學(xué)(micromagnetics)可以計算磁滯回線、磁導(dǎo)率、磁疇和信息的讀寫過程，通過計算和設(shè)計，可以大幅度地減少器件制備、材料制備過程中的盲目性，并可以設(shè)計硬盤系統(tǒng)的重要參數(shù)。本

2、論文的研究內(nèi)容從超高密度磁記錄介質(zhì)到CPP-GMR器件，再到熱輔助磁記錄系統(tǒng)(包括磁性記錄層，中間層，軟磁襯底層，SPT寫磁頭以及激光光源)。根據(jù)具體的研究步驟，論文主要分為以下三個部分： 第一部分超高密度磁記錄用記錄介質(zhì)的微磁學(xué)模擬分析 這一部分主要以磁晶各項異性能和磁彈性能為核心對實驗室制備出來的磁性能良好的垂直取向L10相FePt合金單層膜和多層膜以及水平取向的CoCrPt合金單層膜進(jìn)行微磁學(xué)分析，主要得到以下一些

3、結(jié)論： 1)在FePt/Pt/CrlW單層膜中，隨著襯底層中W含量從0增加到15 at.％，CrW合金的晶格常數(shù)變大，Cr(200)面和FePt(001)面之間的錯配度也相應(yīng)增大，從5.4％增加到7.2％，這也就表明，在FePt合金薄膜的面內(nèi)，存在著伸張內(nèi)應(yīng)力σi。通過應(yīng)力定性分析，我們得到了FePt單層膜面內(nèi)總的應(yīng)力大小為1.079 GPa(包括內(nèi)應(yīng)力和外應(yīng)力)，其中沿a軸方向的總應(yīng)力大小約為763MPa。 2)在Fe

4、Pt/Pt/CrW單層膜中，我們通過微磁學(xué)分析的方法，研究了四角磁晶各項異性，晶粒內(nèi)部的交換相互作用以及面內(nèi)應(yīng)力對FePt合金單層薄膜M-H回線的影響。 3)在Fe/Pt多層膜中，我們對L10相FePt合金多層磁性薄膜的磁致回線進(jìn)行了模擬。和單層膜相比，多層膜中c軸的取向度更好一些，而且晶粒內(nèi)部和晶粒之間具有較大的交換相互作用。我們模擬得到的垂直方向的矯頑力約為7.8 kOe，略小于面內(nèi)的矯頑力，這主要是因為四角磁晶各項異性在面

5、內(nèi)導(dǎo)致了較大的立方各向異性的緣故。 4)在Fe/Pt多層膜中，我們通過計算矯頑力與外場和取向間央角的關(guān)系，對Fe/Pt多層膜的反磁化過程進(jìn)行了簡單的研究。研究表明，多層膜表現(xiàn)出與疇壁移動模型相近的變化趨勢，這說明它的反磁化過程主要是以疇壁位移的方式進(jìn)行的。 5)此外，我們以六角網(wǎng)格為基本單元，以單軸磁晶各項異性能和磁彈性能為核心，對實驗室制備出來的水平取向的CoCrPt合金單層磁性薄膜進(jìn)行了微磁學(xué)分析。微磁學(xué)研究表明，當(dāng)

6、Pt含量超過15 at％時，由應(yīng)力導(dǎo)致的矯頑力將起主導(dǎo)作用。 第二部分超高密度磁記錄用CPP-GMR讀磁頭的微磁學(xué)分析 這一部分主要致力于對納米尺度的CPP-GMR器件進(jìn)行微磁學(xué)模擬，主要得到了以下結(jié)論： 1)為了提供最佳的永磁偏置場，抑制多層膜自由層中磁疇結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，使得自由層的磁矩只隨外場轉(zhuǎn)動，水平永磁體頂角θ的最優(yōu)化值為70°。 2)當(dāng)CPP-GMR磁頭的磁跡寬度(track-width)減小到40

7、nm時，在不同的h/w(自由層高度與寬度比)比下，自由層的磁矩在信號場的作用下發(fā)生了一致轉(zhuǎn)動，然而，當(dāng)h/w比大于1時，形狀各向異性在磁矩的翻轉(zhuǎn)過程中起到了非常重要的作用，導(dǎo)致了磁阻曲線中磁滯現(xiàn)象和不可逆跳躍的發(fā)生，并且惡化了磁頭的輸出信號。 3)研究了CPP-GMR磁頭的h/w比值(形狀各項異性)和永磁體的Mrd值對MR響應(yīng)曲線的影響。 4)研究了CPP-GMR磁頭的磁屏蔽層鏡像效應(yīng)。當(dāng)軟磁屏蔽層間隙G減小到20nm時

8、，要獲得良好的讀出特性，需要Hpinned≥7000e和HsyAF≥10000e。 這一部分主要通過建立三維的熱傳導(dǎo)模型和微磁學(xué)模型，對記錄密度超過1Tb/in2的熱輔助磁記錄系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，主要得到了以下結(jié)論： 1)研究發(fā)現(xiàn)，記錄介質(zhì)的加熱和冷卻過程是由磁性層和軟磁襯底層之間的熱傳導(dǎo)(-V2T)過程決定的，而且和軟磁襯底層的熱傳導(dǎo)系數(shù)K有著非常密切的關(guān)系。K值的增加，加速了HAMR介質(zhì)內(nèi)部熱量傳導(dǎo)的過程，導(dǎo)致了冷卻時

9、間的迅速減小，同時，也使得HAMR介質(zhì)局域溫度的最大值(Tmax)有所降低。 2)研究表明，在記錄層上數(shù)據(jù)位的分布圖樣不僅與SFT寫磁頭的形狀和寫入場的大小有關(guān)，而且還與記錄介質(zhì)層對溫度的響應(yīng)有關(guān)。對于FePt合金來說，最優(yōu)化的寫入溫度為722K，這個溫度稍低于FePt合金的居里溫度(770K)。值得注意的是，在局域溫度高于722K時，HARM介質(zhì)不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入，因為此時介質(zhì)中心的飽和磁化強度大小幾乎為0。 3)在對

10、HARM系統(tǒng)單磁道寫入過程的模擬中，SPT磁頭和介質(zhì)之間的相對速度為35m/s，記錄位的道寬比(the bit-aspect radio)是2.7，記錄密度超過了1Tb/in2.為了進(jìn)行最佳的數(shù)據(jù)寫入操作，激光加熱斑點的中心與SPT磁頭主極前后邊緣的距離應(yīng)該小于1.4/41.4nm，這對于熱輔助磁記錄系統(tǒng)的設(shè)計有很重要的指導(dǎo)意義。 本論文在對L10相FePt合金單層膜和多層膜微磁學(xué)分析中取得了一定的進(jìn)展，首先在傳統(tǒng)微磁學(xué)模型的基