软磁层各向异性对ECC磁记录介质性质的影响

摘要

随着磁记录的不断发展，记录密度逐渐提高，即将接近垂直磁记录的物理极限。交换耦合复合磁记录介质(Exchange coupled composite recording media，简称ECC media)作为一种新型的垂直磁记录介质，在具有较低的矫顽力的同时能保持较高的热稳定性，因而受到了研究者的广泛关注。ECC介质由交换耦合的软磁层与硬磁层构成，它是通过软磁层与硬磁层的磁矩在磁化反转过程中的非一致转动来达到降低矫顽力的效果，而无外场时热反转仍为一致转动，因而能保持较高的热稳定性。ECC介质中软磁层具有较高的饱和磁化强度和较大的退磁能，然而在以往的研究中软磁层的各向异性对介质性质的影响还没有系统的研究过。 本论文中使用理论计算的方法研究了双磁矩模型中软磁层各向异性和饱和磁化强度的变化对介质反转场的影响。研究发现软磁层的磁各向异性能为负时，即易磁化方向平行于记录薄膜的膜面时，有助于降低复合颗粒的反转场以及反转场对软磁层和硬磁层之间的交换耦合强度的敏感性，并使最佳耦合强度增大，然而也会导致增益(Gain)的降低。假设软磁层的磁各向异性能等于其最大退磁能，我们发现具有较大饱和磁化强度的软磁层除了能够保有负的各向异性能带来的好处之外，还会使Gain增大。反转场对外加磁场角度的依赖关系在软磁层各向异性能为负时不会受到明显的影响，而为正时则受影响较大。研究结果说明当软磁层的退磁能无法避免时，使用较大饱和磁化强度的软磁层有利于降低矫顽力，保持热稳定性，提高介质的均匀性，减小中间层和记录层的厚度，并且对信噪比没有不良影响。 在实验研究方面，我们使用磁控溅射装置制备了记录层结构为软磁/中间层/硬磁的垂直磁记录薄膜。薄膜的具体结构为C/Co-TiO2/Pt/CoPt-TiO2/Ru/Pt/CoZrNb/glass-disk。通过调节溅射气压，成功的改变了软磁层的饱和磁化强度。对于强耦合，即没有Pt中间层的介质，发现Co-TiO2软磁层能够有效降低矫顽力，矫顽力最低降至单层介质的60％左右。热稳定性由于面内交换耦合的增强而略有上升，同时磁畴结构没有明显变化。对于有Pt中间层的ECC介质，发现Pt能够有效降低软磁层和硬磁层之间的交换耦合强度，从而使矫顽力降低，并且矫顽力对其厚度的敏感度不高。同时还发现软磁层的饱和磁化强度越大，达到最佳耦合状态所需要的Pt中间层厚度越小。连续的Pt中间层使面内交换耦合增强，从而能够提高热稳定性，然而也会导致磁畴尺寸增大。对比单层介质，强耦合介质以及ECC介质的剩磁矫顽力随外场角度的变化关系，发现单层介质与强耦合介质的矫顽力随外场角度的变化趋势基本一致，而ECC介质对角度的敏感性更低。当外场偏转45°时，剩磁矫顽力约为0°时的85％左右。通过观测加反转场后剩磁态MFM图像，发现ECC介质的面内晶粒间交换耦合比较弱，并且磁化反转过程为磁性颗粒的反转而并非畴壁移动。实验结果说明我们得到的ECC介质具有良好的性质，Pt很适合作为ECC介质的中间层使用，而使用饱和磁化强度较大的软磁层更有助于降低记录层的总厚度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1磁记录的发展

1.2磁记录知识简介

1.2.1磁记录的写读过程

1.2.2磁记录磁头

1.2.3磁记录介质

1.2.4超高磁记录密度的要求

1.3垂直磁记录介质

1.3.1软磁衬底层(SUL)

1.3.2中间层(Intermediate layer)

1.3.3记录层(Recording layer)

1.3.4垂直磁记录介质研究的新进展

1.4垂直磁记录的未来

参考文献

第二章ECC介质的原理及研究背景

2.1 ECC介质的提出

2.2 ECC介质的微磁学模拟

2.3 ECC介质的相图

2.4 ECC介质的研究进展

2.5 ECC介质遇剑的问题

参考文献

第三章 样品的制备与测试

3.1样品的制备

3.1.1磁控溅射系统

3.1.2样品制备过程

3.2样品测试系统

3.2.1透射电镜

3.2.2 X射线衍射仪(XRD)

3.2.3磁光克尔测昔系统(MOKE)

3.2.4振动样品磁强汁(VSM)

3.2.5交变梯度磁强计(AGM)

3.2.6磁力显微镜(MFM)

3.2.7台阶仪

参考文献

第四章 ECC介质的理论计算

4.1双磁矩模型

4.2计算方法

4.3计算结果及分析

4.3.1复合颗粒的热稳定性

4.3.2软磁层的各向异性能的影响

4.3.3软磁层的饱利磁化强度的影响

小结

参考文献

第五章 ECC介质的实验研究

5.1制备条件

5.2薄膜的晶体结构

5.3记录层的饱和磁化强度

5.4软磁层对强耦合的ECC薄膜性质的影响

5.4.1软磁层对磁滞同线的影响

5.4.2软磁层对矫顽力的影响

5.4.3软磁层对热稳定性的影响

5.4.4软磁层对α的影响

5.4.5软磁层对磁畴结构的影响

5.5 Pt中间层对ECC薄膜性质的影响

5.5.1 Co-TiO2／Pt／CoPt-TiO2薄膜的结构

5.5.2中间层对磁滞回线的影响

5.5.3中间层对矩形比的影响

5.5.4中间层对矫顽力的影响

5.5.5中间层对热稳定性的影响

5.5.6中间层对α的影响

5.5.7中间层对磁畴结构的影响

5.6外场方向对矫顽力的影响

5.7剩磁态MFM图像

小结

参考文献

第六章结论

博士期间发表的主要论文

致谢