探索磁性媒體奧秘 物理學家發明新方法

探索磁性媒體奧秘　物理學家發明新方法

2007年08月10日



儘管有固態記憶體(solid-state memory)製造商唱衰傳統硬碟機的未來，磁碟機(disk drive)設計工程師仍繼續努力以反覆試驗(trial-and-error)方法推動相關技術的前進；而現在物理學家又提出了一種可維持現狀的理論性突破。

最近來自美國加州大學Santa Cruz分校的一位物理學家，與來自日立環球儲存科技(Hitachi Global Storage Technologies，HGST)的研究員合作，創造出了一種「埃(angstrom)」等級的磁區(magnetic domains)模型，據說可取代在磁性媒體(magnetic media)設計領域常用的反覆試驗方法。

「我們已經採用若干不同的方法從理論上掌握了磁性媒體，」Santa Cruz加州大學Santa Cruz分校教授Joshua Deutsch表示：「目前我們僅需要磁碟機研究人員透過實驗來驗證這些理論。」

Deutsch原本是自己研究磁性媒體模型，在參與HGST的一場研討會之後，更近一步著手建構磁碟機模型。Deutsch和來自HGST的Andreas Berger製作了改造磁性媒體的詳細模型，包括物理學中的晃動(wobbling)與進動(precession)，如此就能編寫到單一電腦程式中。

其中的關鍵在於，目前磁碟機研究人員一直不得不高度依賴實驗，因為他們將磁自旋(magnetic spins)的模型架構成稱之為「崩潰(avalanche)」的簡易二進位作業。然而，因為在磁媒體表面上的磁區是完整的分子(molecule)，其實際物理特性比較像是在一個旋轉的陀螺上翻轉(flipping over a spinning top)，隨之而來的是一個阻尼擺動(damped wobbling)週期。

「研究人員試圖採用更簡易的模型來研究磁崩潰，但並沒有嘗試在更小的等級正確地擷取旋轉的詳細運動；」Deutsch表示：「而我們的研究提供了一種更精確的微磁性(micro-magnetic)方法，來解決崩潰的問題。」

Deutsch和Berger的模型包含許多詳細的物理現象，而其核心是其旋轉進動的模型──這種晃動類似一個旋轉中的陀螺穩定其旋轉的方式。在一個磁區或位元(bit)從1切換到0、或從0切換到1之後，它會在幾奈秒(nanoseconds)之後穩定下來。在這個時候，其磁場會對其附近所有的磁區產生一種不穩定的影響；而Deutsch和Berger表示，這種現象大多被現今的磁碟機研究人員所製作的模型所忽略。

更詳細的模型將有助於磁碟機研究人員設計可快速抑制磁區進動的磁媒體，同時為微型磁碟機讀取頭維持最佳化的訊號強度。而當磁碟機產業向垂直錄寫技術(perpendicular recording techniques)發展，詳細的模型對磁碟機媒體設計工程師來說將扮演更關鍵的角色──這類技術包含了厚度只有500埃、一層層垂直排列的磁區。

在接下來的幾年中，磁性媒體設計工程師希望能整合多達6層、具有交互阻尼特性(alternating damping characteristics)的埃等級磁區層，即所謂交換耦合複合層(exchange-coupled composites)，其目標是把目前每平方英吋200Gb的磁密度，提高高達每平方英吋1Tb。

Deutsch和Berger為阻尼的根本原因建立模型，甚至包括在轉動的磁性媒體中，電子和物理振動──稱為聲子(phonons)──所產生的影響，以取代用以量測新的磁性材料阻絕崩潰之能力的反覆試驗技術。

目前該研究小組號稱擁有全世界最完整的磁崩潰模型，Deutsch和Berger希望磁碟機研究人員能對這些模型提供獨立的驗證。「我們已經創造了一種能用來運算、不僅是量測的模型；」Deutsch表示：「要驗證我們的模型，切實可行的辦法就是進行超快速(ultrafast)量測，所以，我希望這樣的量測在能不遠的將來完成。」

(參考原文：Physicist plumbs disk media)

(R. Colin Johnson)

資料來源 : http://www.eettaiwan.com/ART_8800475180_628626_NT_d2c0ff30.HTM