[논문 리뷰] AC noise reduction based on exchange coupled grains for heat-assisted-magnetic recording: The effect of an FeRh interlayer

Christoph Vogler, Claas Abert외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 06. 07.

Chemical and Physical Properties of Materials참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 열보조 자기기록(HAMR)을 위한 교환결합 소프트/하드 자기입자 간에 FeRh 인터레이어를 제안하며, AC 노이즈와 제트를 크게 감소시킨다. FeRh의 일阶 전이를 활용해 고온에서는 강한 교환결합을 가능하게 하고, 실온에서는 스위칭을 분리함으로써 스위칭 시간 분포를 4배 감소시키고, 종방향 제트를 최대 30% 감소시키며 횡방향 제트를 최대 50% 감소시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• HAMR를 위한 교환결합 입자에서 높은 AC 노이즈 문제를 해결하되, 저항성 노이즈는 낮은 편임에도 불구하고 면적 밀도를 제한하는 문제를 해결한다.
• HAMR에서 짧은 열 펄스로 인해 고속 헤드 속도에서 스위칭이 불안정해지는 문제를 해결한다.
• FeRh 인터레이어가 고속 데이터 전송에서 AC 노이즈를 감소시키면서도 DC 노이즈를 낮게 유지할 수 있는지 조사한다.
• 초단기 열 펄스 조건에서 제트와 스위칭 시간 분포를 최소화하는 최적의 입자 설계를 FeRh를 활용해 도출한다.
• FeRh가 통합된 교환결합 입자에서 노이즈 감소와 개선된 스위칭 정밀도를 가능하게 하는 물리적 메커니즘을 탐구한다.

제안 방법

• HAMR 동안 자화 역학을 시뮬레이션하기 위해 거시적 스케일의 Landau-Lifshitz-Bloch(LLB) 확률 모델을 사용한다.
• FeRh 인터레이어를 고온에서 반자성에서 강자성으로의 일阶 전이를 보이는 온도 의존성 교환결합층으로 모델링한다.
• 스핀 리라크세이션과 열적 변동을 기록하기 위해 온도 의존성 감쇠 계수 α⊥ 및 α∥를 사용한다.
• 펄스 레이저 가열을 적용하여 HAMR를 시뮬레이션하고, 짧은 열 펄스(~100–200 ps)를 적용하며 헤드 속도를 다양하게 조절한다.
• 다른 입자 구조에서의 헤드 풋프린트 반응을 계산하여 전이 제트와 스위칭 시간 분포를 분석한다.
• FeRh 인터레이어의 영향을 분리하기 위해 표준 SM/HM 및 순수 FePt 입자와의 SM/FeRh/HM 비교를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 FeRh 인터레이어는 기존의 표준 SM/HM 구조에 비해 HAMR를 위한 교환결합 입자에서 AC 노이즈를 어떻게 감소시키는가?
• RQ2 초단기 열 펄스 조건에서 FeRh의 상전이가 스위칭 시간 분포를 최소화하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 고속 헤드 속도에서 FeRh 인터레이어는 높은 비저항성과 함께 DC 노이즈를 억제하면서도 스위칭 과정을 안정화시킬 수 있는가?
• RQ4 종방향 및 횡방향 제트 감소의 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 최적의 노이즈 및 제트 감소를 달성하기 위해 FeRh 층이 충족해야 할 물리적 제약 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 헤드 속도에 따라 달라지지만, 표준 SM/HM 입자에 비해 종방향 전이 제트를 최대 30% 감소시키고 횡방향 제트를 최대 50% 감소시킨다.
• 초단기 열 펄스 조건에서 SM/FeRh/HM 입자에서 스위칭 시간 분포가 4배 감소한다. 이는 실온에서의 스위칭 분리로 인한 것이다.
• 제트 감소의 근본 원인은 냉각 중 급격히 증가하는 고결점 온도에 기인하며, 이는 FeRh의 상전이와 강화된 비저항성과 관련이 있다.
• 교환 스프링 효과는 FeRh가 강한 강자성 결합을 갖기 시작하는 임계온도 T_jump 이상에서 완전히 발휘된다.
• FeRh 인터레이어는 스위칭 과정을 안정화시키며 열노이즈 원천을 추가하지 않기 때문에 고속 헤드 속도에서도 DC 노이즈가 극히 낮게 유지된다.
• 최적의 노이즈 및 제트 감소를 위해 FeRh 인터레이어는 실온에서 순자기모멘트를 유지하고 날카운 상전이를 유지해야 하며, 두께와 조성 제어가 정밀하게 이루어져야 한다.