能量辅助磁记录中材料和器件的微磁学模拟研究

发布时间：2018-04-23 21:35

  本文选题：微波辅助磁记录 + 热辅助磁记录　； 参考：《清华大学》2015年博士论文

【摘要】：能量辅助磁记录(energy assisted magnetic recording,EAMR)技术旨在解决高记录密度硬盘中具有高磁晶各向异性的记录介质的可写入性问题。EAMR主要有微波辅助磁记录(microwave assisted magnetic recording,MAMR)和热辅助磁记录(heat assisted magnetic recording,HAMR)两种辅助技术。自旋转矩振荡器(spin torque oscillator,STO)作为微波场发生器是MAMR设计中的核心器件。L1_0-FePt是HAMR设计中主要的高磁晶各向异性能记录介质。本文通过包含自旋转移矩(spin transfer torque,STT)项的微磁学模型研究了在MAMR工作条件下单个STO的振荡性质及翻转动态,同时研究了相互耦合的STO对的振荡性质。其后通过分子动力学(molecular dynamic,MD)和晶格动力学(lattice dynamic,LD)对L1_0-FePt的晶格振动性质进行了研究。本文建立了单个STO的微磁学模型,计算了STO振荡频率与电流密度及外磁场关系的频率相图。计算结果表明,通过调节磁场产生层的饱和磁化强度、改变电流密度及外磁场强度可以在较大范围内调节STO频率。综合考虑STO振荡频率和输出微波场强度,给出了优化的STO工作条件。其后本文又对以Co/Pt薄膜作为参考层(reference layer,REF)的STO的翻转动态进行了研究。比较了具有不同Co层厚度的REF对STO翻转速度的影响。计算结果表明1nm厚的Co层REF的STO具有最佳的翻转性质。进一步对不同磁性参数的REF翻转性质进行了研究,发现了STO快速翻转的机制。优化的REF可以使STO实现在0.1-0.3ns内的快速翻转。本文又建立了两个耦合的STO对的微磁学模型,计算了其自发相位锁定相图。给出了不同外磁场及电流密度条件下的自发相位锁定区域。同时比较了不同STO间距对自发相位锁定的影响。在对L1_0-FePt的晶格振动的研究中,计算了不同温度下L1_0-FePt的声子态密度,同时计算了L1_0-FePt的声子谱。通过声子态密度和声子谱理解了L1_0-FePt在HAMR工作温度范围内的主要振动模式。其后对L1_0-FePt的激光加热速率进行了模拟。
[Abstract]:Energy assisted magnetic recording technique aims to solve the writeability problem of recording medium with high magnetic crystal anisotropy in high recording density hard disk. EAMR mainly includes microwave assisted magnetic recording MAMRs and heat assisted. Magnetic recording and HAMR are two kinds of auxiliary technology. Spin torque oscillator (spin torque oscillator STO) as a microwave field generator is the core device in MAMR design. L1s / FePt is the main high magnetic crystal anisotropic energy recording medium in HAMR design. In this paper, the oscillatory properties and flip dynamics of a single STO under MAMR working conditions are studied by using a micromagnetic model containing the spin transfer moment spin transfer torquette term, and the oscillatory properties of the coupled STO pairs are studied at the same time. The lattice vibration properties of L1_0-FePt were studied by molecular dynamics molecular dynamics (MD) and lattice dynamics lattice dynamics (LDD). In this paper, the micromagnetic model of a single STO is established, and the frequency phase diagram of the relationship between the STO oscillation frequency and the current density and the external magnetic field is calculated. The results show that the STO frequency can be adjusted in a large range by adjusting the saturation magnetization of the magnetic field generation layer and changing the current density and the external magnetic field intensity. Considering the frequency of STO oscillation and the intensity of microwave field, the optimal working conditions of STO are given. Then the flip dynamics of STO with Co/Pt thin film as reference layer is studied. The effects of REF with different Co layer thickness on the turnover rate of STO were compared. The results show that the STO of Co layer REF with 1nm thickness has the best flipping property. The properties of REF flipping with different magnetic parameters are further studied, and the mechanism of STO fast flipping is found. Optimized REF enables STO to flip quickly within 0.1-0.3ns. In this paper, a micromagnetic model of two coupled STO pairs is established, and its spontaneous phase locked phase diagram is calculated. The spontaneous phase locking region under different external magnetic field and current density is given. At the same time, the effect of different STO spacing on spontaneous phase locking is compared. In the study of lattice vibration of L1_0-FePt, the density of phonon states of L1_0-FePt at different temperatures and the phonon spectrum of L1_0-FePt are calculated. By means of the density of phonon states and the phonon spectrum, the main vibrational modes of L1_0-FePt in the range of HAMR operating temperature are understood. Then the laser heating rate of L1_0-FePt is simulated.
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP333;TB34

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本文编号：1793703