Техника - молодёжи 2010-02, страница 12

Нанотехнологии

I 2010 №02 ТМ

100 ООО терабайт на жёстком лиске

Развитие информационных технологий требует создания всё более миниатюрных жёстких дисков, на которых при этом можно было бы хранить всё большие объёмы данных. Понятно, что это требует роста плотности записи информации. Элементы, из которых состоит диск, становятся всё меньше и, наконец, достигают нано-метровых размеров. А как мы знаем, в наномире большинство привычных свойств резко меняется (см., например, статьи автора в «ТМ» №3, №8 за 2009 г.), в том числе и магнитных. В этой статье мы обсудим, какие же особенности наночастиц делают их привлекательными для использования в жёстких дисках нового поколения, а какие, наоборот, этому препятствуют.

Большой плюс — однодоменность

Начнем с того, что в принципе позволило задуматься над использованием наночастиц как новых элементов магнитной памяти. Это свойство является наиболее яркой чертой, отличающей магнитные наночастицы от их объёмных «собратьев».

Вспомним, что такое магнитный домен. Представим себе трёхмерный кристалл -совокупность элементарных ячеек, в узлах которых находятся атомы. Каждый атом имеег магнитный момент, который по сути своей есть вектор. То есть, чтобы его задать, необходимо знать не только его длину (величину магнитного момента атома), но и направление.

Та область кристалла, в которой все магнитные моменты направлены в одну сторону, и носит название домена; ipai гида раздела между двумя доменами назы-ваегся доменной сгенкой. Размер доменов и динамика доменных стенок играют важную роль в таких процессах, как намагничивание и персмагничиванне.

Но вернёмся к наночастицам. При их размерах они являются однодоменными, то есть в частице доменов как таковых нет, все магнитные моменты атомов направлены в одном направлении. Если

Рис. 1. Критический диаметр частиц некоторых магнитных материалов, ниже которого они будут однодоменными

Рис. 1. Критический диаметр частиц некоторых магнитных материалов, ниже которого они будут однодоменными

говорить точнее, то в частице не может возникнуть более одного домена, если её диаметр ниже некой критической величины D₍ (рис. 1),

Это связанно с тем, что создание нескольких доменов в наночастице с D < D_r энергетически невыгодно, и поэтому все магнитные моменты составляющих её атомов будут сонаправленны.

Однако следует сделать одну важную оговорку. Мы знаем, что атомы, находящиеся на поверхности частицы, обладают свойствами, отличными от тех, которые присущи атомам «ядра». Одно из .этих отличий - хаотичная направленость их магнитных моментов. Поэтому более точное определение оДиодоменной наноча-стицы будет звучать так: это частица, в которой отсутствуют доменные стенки.

Чем магнитные наночастицы лучше обычных магнитных плёнок?

Как только выяснилось, что малые частицы являются однодоменными, они сразу привлекли внимание создателей сверхплотных жёстких дисков. Сегодня они делаются с использованием технологии магнитных плёнок, информация на которых хранится в доменах, созданных на их поверхности. Но если носителем бита информации станет магнитная наио-частица (МНЧ), заменив привычные в жёстком диске домены микрометрового размера, то это повысит плотность записи в согни тысяч раз. Понять, почему так происходит, очень легко (рис. 2) - просто сравните число доменов в квадрате со стороной 30 мкм на поверхности обычного жёсткого диска и число одподомепных

наночастиц сплава железо-плати на в квадрате почти в двести раз меньшем.

Однако существует одно большое препятствие: малый размер частиц, который является их основным преимуществом, в то же самое время налагает серьёзные ограничения на использование МНЧ в технологии дисковых запоминающих устройств (ЗУ).

Здесь надо вспомнить главное требование к магнитной памяти как таковой. Оно заключается в способности записывать и хранить информацию. Ферромагнитные материалы, в том числе и нано-размерные их структуры, этому требованию удовлетворяют, то есть с этой точки зрения МНЧ в принципе способны стать базовым элементом магнитного ЗУ. Предполагается, что частица будет нести в себе один бит информации; её намагниченность должна менять своё направление под действием приложенного магнитного поля (запись) и не менять его в отсутствие поля (хранение).

Давайте рассмотрим процесс намагничивания МНЧ под воздействием приложенного магнитного ноля. При температуре ниже температуры блокировки Т_п он будет проходить так, как показано на рис. За, (Температура блокировки связана с явлением суперпарамагнетизма. Об этом будег сказано ниже, а подробно это явление описано в статье автора в «ТМ*> №3 за 2009 г.). Для наночастицы существует два направления намагниченности: назовём их, ориентируясь на рис. 3, «вправо» и «влево». Первое достигается, когда приложено положительное магнитное иоле, а второе - когда приложено

10