基本信息
- 项目名称：
- 倾斜磁记录介质Co/Pt多层膜制备及表征
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 利用磁控溅射技术在二维聚苯乙烯胶体阵列上制备了具有倾斜磁易轴的多层膜Pt(0.5nm)/[Co(0.5nm)/Pt(1nm)]5/Pt(0.5nm)，解决了传统磁记录介质热稳定性、信噪比、介质选择难等一系列问题，从而获得了具有倾斜磁易轴的高密度磁存储介质。 并利用扫描电子显微镜（SEM）、投射电子显微镜（TEM）、振动样品磁强计（VSM）及原子力显微镜/磁力显微镜（AFM/MFM）对材料的微观结构及磁学性能进行了表征。结果表明，样品的平均磁易轴方向在45°左右，此方向与薄膜样品较厚区域相对应。
- 详细介绍：
- 高密度存储一直是人们追求的目标。尽管原理上，垂直磁记录能够实现高达1Tbit/in2的存储密度，但是采用传统的方法也很难获得200Gb/in2以上的记录密度。并且实现这样高密度的磁存储还有许多实际问题有待解决，例如，当面记录密度进一步提高时，垂直记录面临热稳定性的问题。而要提高记录材料的热稳定性，应尽量使用磁各向异性高的材料，但这又意味着写入场的提高，因此垂直记录的进一步发展受到限制。另外，在记录的过程中，开关场分布对信噪比有很大的影响。在垂直记录系统中，根据Stoner-Wohlfarth 模型，当易轴分布范围很窄时，总是存在较宽的开关场，提高信噪比就比较困难，这也是影响高性能磁记录的主要因素之一.解决这些问题的一种很好方法是使用倾斜磁记录介质，即磁记录介质的易轴偏离垂直方向一定角度。通过调节倾斜介质中的易轴方向，可以使开关场变化最小，从而获得很高的信噪比。在倾斜记录介质中，可以使用尺寸更小和磁各向异性更高的介质材料。与径向或垂直磁记录系统相比，这种倾斜的记录介质具有记录密度高、热稳定性好、数据传输快等特点，更适合于现代高科技的发展。 本文在纳米球自组装和磁记录材料研究的基础上，将胶体球自组装和Co/Pt多层垂直膜的制备有效地结合起来，利用曲面衬底的诱导作用和Co/Pt多层膜的界面耦合效应，制备易磁化轴倾斜的磁记录介质Co/Pt多层膜。并用振动样品磁强计（VSM）及原子力显微镜/磁力显微镜（AFM/MFM）对材料的微观结构及磁学性能进行了表征。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本文的目的是要获得记录密度高、热稳定性好、传输速度快、信噪比高且具有倾斜磁易轴的高密度磁存储介质。我们的基本思路是在纳米球自组装和磁记录材料研究的基础上，在二维胶体阵列上沉积Co/Pt多层膜，获得具有倾斜磁易轴的高密度磁存储介质。采用振动样品磁强计（VSM）及原子力显微镜/磁力显微镜（AFM/MFM）对材料的微观结构及磁学性能进行表征。
科学性、先进性及独特之处
- 我们以自组装方法制备的大面积胶体球有序阵列为衬底，将曲面诱导作用和材料的界面磁各向异性相结合，实现了倾斜磁记录介质的制备，解决了多年来倾斜介质难以制备的问题；目前大部分纳米结构的磁性膜都是建立在平面衬底上的，很少使用曲面衬底。胶体球曲面为衬底也为纳米结构的制备提供一个新的方法。在实验过程中，我们在曲面衬底上制备出了磁易轴倾斜的样品，类似的研究在国内鲜有报道。
应用价值和现实意义
- 倾斜介质最早用于磁带中，并获得了很好的记录性能，但采用的记录方式仍属纵向磁记录方式，因此记录密度很低。本研究有助于提高磁存储器件如计算机硬盘、随机存储器等器件的存储密度，提高信息传输速度，改善磁记录的性能。未来是信息爆炸的时代，磁存储产品拥有巨大市场及可观的市场价值。如果我们能将此种技术应用于实际生产，势必将为我国创造良好的经济和社会效益，推动我国经济的发展。
学术论文摘要
- 利用磁控溅射技术在二维聚苯乙烯胶体阵列上制备了具有倾斜磁易轴的多层膜Pt(0.5nm)/[Co(0.5nm)/Pt(1nm)]5/Pt(0.5nm)，并利用扫描电子显微镜（SEM）、投射电子显微镜（TEM）、振动样品磁强计（VSM）及原子力显微镜/磁力显微镜（AFM/MFM）对材料的微观结构及磁学性能进行了表征。结果表明，样品的平均磁易轴方向在45°左右，此方向与薄膜样品较厚区域相对应。
获奖情况
鉴定结果
参考文献
- [1] R.Wood, IEEE Trans.Magn., 36 (2000) 41 [2]Y.Y.Zou, J.P.Wang, and T.C.Chong, Appl. Phys. Lett., 82 (2003) 2473 [3]Y. Y. Zou, J. P. Wang, and T. C. Chong, Appl.Phys.Lett., 82 (2003) 2473 [4]E.C.Stoner and E.P.Wohlfarth, Philos.Trans.R.Soc.London, 1-240 (1948) 74 [5]Wang,J.P, Chong T.C.&Zheng Y.F., IEEE Trans.Magn., 39 (2003) 1930 [6]Zou, Y.Y., Wang J.P., and Chong T.C., Appl.Phys.Lett., 82 (2003) 2473 [7]S.R.Cumpson, B.K.Middleton, J. Magn. Magn. Mater., 15 (1996) 382 [8]J. P. Wang, Member, Y. Y. Zou, C. H. Hee, T. C. Chong, and Y. F. Zheng, IEEE Trans. Magn., 39 (2003) 1930 [9]F.Zheng, J.P.Wang and V.Ng, J.Appl.Phys., 91 (2002) 8007 [10]A. Manfred, H. G. Han, L.G.Ildico,C.U.Till, B. Johannes, L.Paul and S.Günter, Nature, 4 (2005) 203
同类课题研究水平概述
- 尽管原理上，垂直磁记录能实现高达1Tbit/in2的存储密度。近些年研究表明，采用传统的方法也很难获得200Gb/in2以上的记录密度。并且实现这样高密度的磁存储还有许多实际问题有待解决，例如，当面记录密度进一步提高时，垂直记录同样面临热稳定性的问题。由于介质的各向异性常数的提高受到磁头场强的制约，进一步减小介质中的颗粒的尺寸同样会使热稳定性因子降低，产生记录信息的热衰减问题。要获得更高的实际密度就意味着既要降低颗粒的尺寸，又要尺寸分布均匀。由磁化方向反转的势垒计算公式ΔE=KUV（KU为磁各向异性的强度和V为颗粒体积）可知，一旦颗粒的尺寸降低到几纳米，这些颗粒在室温下便会变得不稳定，发生超顺磁现象。要提高记录材料的稳定性，在减小磁记录材料尺寸的同时，应尽量使用超高磁各向异性的材料。在垂直记录介质中，记录场和磁易轴同向时，超高磁各向异性材料的使用意味着需要非常高的写入场，因此垂直记录的进一步发展受到限制。另外，在记录的过程中，开关场大小分布（SFD）对信噪比（SNR）有很大的影响，这也是影响高性能磁记录的主要因素之一。根据Stoner-Wohlfarth 模型，对于外场和易磁化轴之间具有不同角度α的单畴颗粒而言，存在不同的开关场。当α很小时，开关场的变化接近它的最大值。因此，在这样的记录系统中，当易轴分布范围很窄时，总是存在较宽的开关场，提高信噪比就比较困难。对于磁记录介质来说，为了获取更高的存储密度和良好的存储性能，获得足够高的信噪比，更好地控制晶粒间的交换耦合，需要提高剩磁比、反磁化成核场、磁晶各向异性场和晶粒的单分散性。 倾斜介质最早用于磁带中，并获得了很好的记录性能，但其采用的记录方式仍属纵向磁记录方式，因此记录密度很低。近来研究表明，倾斜记录介质采用垂直磁记录方式可以实现高密度磁记录，而如何制备出磁易轴可控的倾斜磁介质，是一个非常重要的研究课题。有人利用倾斜的柱状结构和倾斜易轴相结合的方法制备出了倾斜的磁性薄膜，但对磁易轴方向的控制仍然很难实现。2005年，Manfred Albrecht等在《Nature》杂志上发表的文章提出了利用电子束蒸发的方法在纳米球上沉积磁性多层膜，通过倾斜溅射制备了磁易轴方向可控的倾斜磁记录介质，并对其磁易轴进行了有效控制。而类似的研究在国内鲜见报道。
