[論文レビュー] AC noise reduction based on exchange coupled grains for heat-assisted-magnetic recording: The effect of an FeRh interlayer

Christoph Vogler, Claas Abert+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2017

Chemical and Physical Properties of Materials参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、熱助磁気記録（HAMR）における交換結合されたソフト/ハード磁性粒子の間でFeRhインターレイヤーを提案し、ACノイズとジッタを顕著に低減する。FeRhの一次相転移を利用することで、高温では強い交換結合を実現し、室温ではスイッチングが分離される。これにより、スイッチング時間分布は4倍短縮され、ドナートラックジッタは最大30%、オフトラックジッタは最大50%低減される。

ABSTRACT

High storage density and high data rate are two of the most desired properties of modern hard disk drives. Heat-assisted magnetic recording (HAMR) is believed to achieve both. Recording media, consisting of exchange coupled grains with a high and a low $T_{\mathrm{C}}$ part, were shown to have low DC noise, but increased AC noise, compared to hard magnetic single phase grains, like FePt [1]. In this work we extensively investigate the influence of an FeRh interlayer on the magnetic noise in exchange coupled grains. We find an optimal grain design that reduces the jitter in down-track direction by up to 30 % and in off-track direction by up to 50 %, depending on the head velocity, compared to the same structures without FeRh. Further, the mechanisms causing this jitter reduction are demonstrated. Additionally, we show that for ultrashort heat pulses and low write temperatures the switching time distribution of the analyzed grain structure is reduced by a factor of four, compared to the same structure without FeRh layer. This feature could be interesting for HAMR with a pulsed laser spot and could resume the discussion about this HAMR technique.

研究の動機と目的

• ACノイズの高い問題を解決し、低DCノイズであるにもかかわらず面積密度が制限される交換結合粒子におけるHAMRの課題に対処する。
• HAMRにおける短い熱パルスによる高ヘッド速度下での信頼性の低いスイッチングを克服する。
• FeRhインターレイヤーが、高データレート下でACノイズを低減しつつDCノイズを低く保てるかどうかを検証する。
• 超短い熱パルスに対してジッタとスイッチング時間分布を最小化する最適なグレイン設計を、FeRhを用いて特定する。
• FeRh統合交換結合粒子におけるノイズ低減とスイッチング忠実度の向上を可能にする物理的メカニズムを調査する。

提案手法

• HAMR中の磁化ダイナミクスをシミュレートするために、粗粒度化されたLandau-Lifshitz-Bloch（LLB）確率的モデルを採用する。
• FeRhインターレイヤーを、高温で反強磁性から強磁性への一次相転移を示す温度依存の交換結合層としてモデル化する。
• スピン緩和と熱揺らぎを捉えるために、温度依存の減衰係数α⊥およびα∥を用いる。
• パルスレーザー加熱を用いてHAMRをシミュレートし、短い熱パルス（約100–200 ps）を適用し、ヘッド速度を変化させる。
• 異なるグレイン構造におけるヘッドフォートプリント応答を計算することで、遷移ジッタとスイッチング時間分布を分析する。
• FeRhインターレイヤーの効果を隔離するために、標準的なSM/HM構造および純粋なFePtグレインと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FeRhインターレイヤーは、従来のSM/HM構造と比較して、交換結合グレインにおけるACノイズをどのように低減するか？
• RQ2 超短い熱パルス下で、FeRh相転移がスイッチング時間分布の最小化に果たす役割は何か？
• RQ3 FeRhインターレイヤーは、高ヘッド速度下でもDCノイズを抑制できるか？また、熱スイッチング中に高いコーエルシビティを維持できるか？
• RQ4 ドナートラックおよびオフトラックジッタの低減に寄与する物理的メカニズムは何か？
• RQ5 最適なノイズおよびジッタ低減を達成するため、FeRh層が満たすべき材料的制約は何か？

主な発見

• ヘッド速度に応じて、SM/FeRh/HMグレインは、標準的なSM/HMグレインと比較して、ドナートラック遷移ジッタを最大30%、オフトラックジッタを最大50%低減する。
• 超短い熱パルス下で、SM/FeRh/HMグレインではスイッチング時間分布が4倍短縮される。これは、室温でのスイッチング分離に起因する。
• ジッタ低減の原因は、冷却過程における急速に上昇する凍結温度にあり、FeRh相転移と強化されたコーエルシビティと関連している。
• 交換スプリング効果は、FeRhが強い強磁性結合を示し始める臨界温度T_jump以上で完全に効果を発揮する。
• FeRhインターレイヤーがスイッチング過程を安定化させることで、熱的ノイズ源を導入しないため、高ヘッド速度下でもDCノイズは無視できるほど小さいまま維持される。
• 最適なノイズおよびジッタ低減を達成するためには、室温でネット磁気モーメントを維持し、鋭い相転移を保つ必要があり、厚さと組成の精密な制御が不可欠である。