通过磁各向异性实现强大的高性能数据存储

最新一代的磁性硬盘驱动器由磁性薄膜制成，磁性薄膜是殷钢材料。它们通过用激光局部加热超小纳米域(所谓的热辅助磁记录或 HAMR)来实现极其稳健和高数据存储密度。尽管加热，这种殷钢材料的体积几乎不膨胀。这种 HAMR 数据存储器的技术相关材料是铁铂纳米颗粒薄膜。由HZB的Matias Bargheer教授和波茨坦大学联合研究小组领导的国际团队现在首次通过实验观察到这些铁铂薄膜中特殊的自旋晶格相互作用如何抵消热膨胀的晶格。

在热平衡状态下，铁铂 (FePt) 属于因瓦合金材料，加热时几乎不膨胀。这种现象早在 1897 年就在镍铁合金“因瓦合金”中观察到，但直到最近几年，专家们才能够理解是什么机制驱动了它：通常，固体加热会导致晶格振动，从而导致膨胀因为振动的原子需要更多的空间。然而，令人惊讶的是，加热 FePt 中的自旋会导致相反的效果：自旋越热，材料沿磁化方向收缩得越多。结果是 Invar 已知的特性：最小膨胀。

由马蒂亚斯Bargheer教授领导的一个研究小组已经通过实验比较了第一次不同的铁铂轻薄本引人入胜的现象影片。Bargheer 领导着柏林亥姆霍兹中心和波茨坦大学的联合研究小组。他与来自里昂、布尔诺和开姆尼茨的同事一起，想研究完美结晶的 FePt 层的行为与用于 HAMR 存储器的 FePt 薄膜有何不同。它们由嵌入碳基质中的铁和铂单原子堆叠层的结晶纳米颗粒组成。

样品被局部加热并用两个激光脉冲快速连续激发，然后通过 X 射线衍射测量以确定晶格局部膨胀或收缩的强度。

Bargheer 解释说：“我们惊讶地发现，连续的结晶层在用激光短暂加热时会膨胀，而松散排列的纳米颗粒会以相同的晶体取向收缩。” “另一方面，HAMR 数据存储器的纳米颗粒嵌入碳基质中并在基板上生长，对激光激发的反应要弱得多：它们首先略微收缩，然后略微膨胀。”

Alexander von Reppert，该研究的第一作者和博士。Bargheer 小组的学生说：“通过这些超短 X 射线脉冲实验，我们已经能够确定这种薄膜的形态有多重要”他说，秘密是横向收缩，也称为泊松效应.

“每个用过橡皮擦的人都知道这一点，”巴尔盖尔说。“中间的橡胶变厚了。”

Reppert 补充说：“纳米粒子也可以做到这一点，而在完美的薄膜中，平面上没有膨胀的空间，这必须伴随着垂直于薄膜的自旋驱动收缩。”

因此，嵌入碳基体中的 FePt 是一种非常特殊的材料。它不仅具有异常强大的磁性。它的热机械特性还可以防止在加热时产生过大的张力，这会破坏材料——这对 HAMR 很重要!

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