Robust højtydende datalagring gennem magnetisk anisotropi

Den seneste generation af magnetiske harddiske er lavet af magnetiske tynde film, som er invar materialer. De tillader ekstremt robust og høj datalagringstæthed ved lokal opvarmning af ultrasmå nanodomæner med en laser - såkaldt varmeassisteret magnetisk optagelse, eller HAMR. Volumenet i sådanne invarmaterialer udvider sig næsten ikke på trods af opvarmning. Et teknologisk relevant materiale til sådanne HAMR-datahukommelser er tynde film af jern-platin nanokorn. Et internationalt hold ledet af den fælles forskergruppe af prof. Dr. Matias Bargheer ved HZB og University of Potsdam har nu eksperimentelt for første gang observeret, hvordan en speciel spin-gitter-interaktion i disse tynde jern-platinfilm ophæver den termiske ekspansion af krystalgitteret.

I termisk ligevægt, jern-platin (FePt) tilhører klassen af ​​invar materialer, som næsten ikke udvider sig ved opvarmning. Dette fænomen blev observeret så tidligt som i 1897 i nikkel-jernlegeringen "Invar, "men det er først i de senere år, at eksperter har været i stand til at forstå, hvilke mekanismer der driver det:Normalt, opvarmning af faste stoffer fører til gittervibrationer, som forårsager ekspansion, fordi de vibrerende atomer har brug for mere plads. Overraskende nok, imidlertid, opvarmning af spins i FePt fører til den modsatte effekt:jo varmere spins er, jo mere trækker materialet sig sammen i magnetiseringsretningen. Resultatet er ejendommen kendt fra Invar:minimal udvidelse.

Et team ledet af prof. Matias Bargheer har nu eksperimentelt sammenlignet dette fascinerende fænomen for første gang på forskellige jern-platin tynde film. Bargheer leder en fælles forskningsgruppe ved Helmholtz-Zentrum Berlin og University of Potsdam. Sammen med kolleger fra Lyon, Brno og Chemnitz, han ønskede at undersøge, hvordan opførselen af ​​perfekt krystallinske FePt-lag adskiller sig fra de FePt-tynde film, der bruges til HAMR-hukommelser. Disse består af krystallinske nanokorn af stablede monoatomiske lag af jern og platin indlejret i en kulstofmatrix.

Prøverne blev lokalt opvarmet og exciteret med to laserimpulser i hurtig rækkefølge og derefter målt ved røntgendiffraktion for at bestemme, hvor kraftigt krystalgitteret ekspanderer eller trækker sig sammen lokalt.

"Vi var overraskede over at opdage, at de kontinuerlige krystallinske lag udvider sig, når de opvarmes kortvarigt med laserlys, mens løst arrangerede nanokorn trækker sig sammen i samme krystalorientering, " forklarer Bargheer. "HAMR datahukommelser, på den anden side, hvis nanokorn er indlejret i en kulstofmatrix og dyrket på et substrat reagerer meget svagere på laserexcitation:De trækker sig først lidt sammen og udvider sig derefter lidt."

Alexander von Reppert, førsteforfatter til undersøgelsen og ph.d. elev i Barghers gruppe, siger, "Gennem disse eksperimenter med ultrakorte røntgenimpulser, vi har været i stand til at bestemme, hvor vigtig morfologien af ​​sådanne tynde film er" Hemmeligheden, han siger, er tværgående kontraktion, også kendt som Poisson-effekten.

"Alle, der nogensinde har trykket hårdt på et viskelæder, ved dette, " siger Bargheer. "Gummien bliver tykkere i midten."

Reppert tilføjer:"Nanopartiklerne kan også gøre det, hvorimod der i den perfekte film ikke er plads til udvidelse i flyet, som skulle gå sammen med den spin-drevne kontraktion vinkelret på filmen."

Så FePt, indlejret i en kulstofmatrix, er et meget specielt materiale. Det har ikke kun usædvanligt robuste magnetiske egenskaber. Dens termomekaniske egenskaber forhindrer også overdreven spænding i at blive skabt ved opvarmning, som ville ødelægge materialet - og det er vigtigt for HAMR!