专利名称：包括光活性介质的数据存储装置以及电场辅助记录方法
技术领域：
本发明涉及数据存储的方法和装置，尤其涉及可用在热辅助磁记录、探针存储和图形化介质(patternedmedia)存储中的这些方法和装置。
技术背景为了增加存储在磁性存储介质上的信息密度，必须减小由记录头中的写入元 件生成的磁场的空间分布。使用常规磁记录方法，必须依赖于写入元件侧面尺寸的 持续减小；磁头到介质的间距(HMS)的减小；和/或介质粒度的减小。这种策略有其自身的固有限制。例如，它导致了写入场幅度的减小，并增加 了制作费用。它还导致了更复杂的保护层和润滑液。已开发了热辅助磁记录(也称为热辅助磁记录(HAMR))来解决因粒度的 减小而导致的不稳定。HAMR通常是指这样一种概念局部加热记录介质以减小 记录介质的矫顽力，从而所施加的写入磁场可在因热源而导致的记录介质的暂时磁 性软化期间，更容易地引导记录介质的磁化。热辅助磁记录允许使用在室温下具有 确保足够的热稳定性的较大磁各向异性的小粒度介质，这种小粒度介质是以增大的 面密度进行记录所需要的。在热辅助磁记录中，信息位在升高的温下被记录到存储层上，并且存储层中 所加热的面积确定数据位尺寸。在一种方法中，光束被会聚成记录介质上的小光斑 以加热介质的一部分并减小被加热部分的磁性矫顽力。然后，数据被写入到矫顽力 减小的区域中。然而，为了实现数据存储容量的额外增加，在记录系统中，仍需要进一步减 小被写入到存储介质中的数据位的大小。发明内容在一个方面中，本发明提供了一种装置，包括数据存储介质，它包括磁记录元件和靠近磁记录元件定位的光活性材料；电场源，用于将电场施加到数据存储介质的一部分；电磁辐射源，用于照射数据存储介质；以及磁场源，用于将磁场施 加到数据存储介质的该部分。在另一个方面中，本发明提供了一种方法，包括以下步骤设置包括磁记录 元件和靠近该磁记录元件定位的光活性材料；将电场施加到数据存储介质的一部 分；照射数据存储介质；以及将磁场施加到数据存储介质的该部分。本发明还涵盖包含导电层和该导电层上的记录层的数据存储介质，其中记录 层包括磁记录元件和靠近该磁记录元件定位的光活性材料。
图1是可包括本发明的数据存储设备的一种可能实现的图示。图2是根据本发明的一个实施例构建的装置的示意图。图3是根据本发明的一个实施例构建的数据存储介质的横截面图。图4是图3的数据存储介质的一部分的俯视图。图5是图3的数据存储介质的磁记录元件的侧面正视图。图6是磁场相对于温度的曲线图。图7是温度相对于激光功率的曲线图。图8是温度相对于激光光斑尺寸的曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种其中使用局域化光吸收而非局域化光斑来加热磁性介质的 方法和装置。加热被用于将介质的响应局限于磁性纳米元件内的磁场。介质受影响 的面积大小比磁性写入极(magnetic write pole)的尺寸小得多。本发明提供了将数据存储介质的响应局域化到所施加写入磁场的问题的解决 方案。此发明的存储介质包括在纪录数据的过程中实现介质特性的空间局域化控制 的光活性材料。在各个方面中，本发明包括光活性纳米图形化双层，或者核-壳复 合磁性结构、数据存储介质和电场辅助数据记录方案。数据存储设备中的这些要素 的组合允许写入较小信息位而无需显著减小写入元件尺寸和/或HMS。这可在光活 性图形化介质中实现，该介质的光吸收可通过施加到该介质的电场来控制。电场辅 助记录可通过激光、磁性写入元件、以及用于使存储介质处于DC电场中的电极尖 的组合来实现。在一个示例中，本发明的装置使用具有电场依赖的光吸收特性的光活性纳米图形化数据存储介质。光源、磁性写入元件场和尖锐电极尖的组合用于提供选择性 的/空间局域化的光吸收以及由于峰值光吸收移动而一起的翻转磁场控制。光吸收 对外部电场的依赖可通过在介质中引入围绕一个或多个磁性点或者磁性岛(magnetic island)的光活性材料来实现。使用本发明，可缓解对HMS以及磁性写入元件或写入极的空间尺寸的要求。 衍射极限光斑大小对于提供空间选择性写入的装置是可接受的。在热辅助磁记录中，例如，可见光、红外线或紫外线的电磁波被引导到数据 存储介质的表面以升高介质的局域化区域的温度，从而有助于该区域的磁化翻转。 本发明限制了存储介质的加热区的大小以减小存储在该介质上的数据位的大小。图1是可使用本发明的磁盘驱动器IO形式的数据存储设备的图示。磁盘驱动 器包括被调节大小并配置成包含磁盘驱动器的各个组件的外壳12，而且在此视图 中上部分被移除而下部分可见。磁盘驱动器包括用于旋转外壳内的至少一数据存储 介质16 —在此情况中为磁性盘一的主轴电动机14。在外壳12内包含至少一个臂 18，并且每个臂18具有带记录和/或读取头或滑橇22的第一端20以及通过轴承26 与中枢地安装在轴26上的第二端24。致动电动机28位于在臂的第二端24处，以 便转动臂18来将磁头22定位在磁盘16的期望扇区上。致动电动机28通过控制器 来调节，该控制器未在此视图中示出而在本领域中是众所周知的。虽然本发明可用于图1中所示的磁盘驱动器，但是应当理解，本发明还可应 用到其它类型的数据存储设备，诸如探针存储设备或使用热辅助磁记录的其它设 备。图2是根据本发明的一个实施例构建的磁性数据存储装置的部分的示意图。 该装置包括磁写入元件32、电极34和光活性图形化介质36 (OAPM)形式的数据 存储介质。在此示例中，数据存储介质是包括形成于记录层40中的多个磁记录元 件38，该记录层定位在导电散热层42上。散热层定位在衬底44上。光活性材料 46被定位成靠近磁记录元件。在此示例中，光活性材料46被定位在磁记录元件之 间。电压源48被电连接在存储介质与电极14之间。对电极整形以形成尖端50。 电极与介质之间的电压差使得介质的一部分遭受电场。此电场增大了光活性材料的 光吸收(或降低反射率)。可通过诸如激光54的电磁辐射源施加的光52用于加热 数据存储介质的一部分以减小磁记录元件的矫顽力。因为介质上遭受电场的部分将 具有较低的反射率，所以该部分吸收了更多的光能，并且该部分的温度将比介质上曝露于光束下的其它部分上升的更快。图3是示出了导热和导电散热层64上的图形化膜记录层62的存储介质60的 横截面视图，该散热层可以是例如金(Au)、银(Ag)等。散热层被定位在软磁 底层65上，该软磁底层被定位在衬底66上。软磁底层可由例如钴(Co)、铁(Fe)、 镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)或钌(Ru)的合金、层、或多层构成。记录层包 括还称为磁记录元件或磁性点的磁记录材料的多个岛68。光活性介电填充材料70 被定位在记录元件之间。其它层可被包括在介质中。例如，记录介质可包括薄种子 层(thin seed layer)来提供所需生长结构一如果它无法以其它方式获得。在图3的结构中，磁性点之间的间隙完全穿过记录层直至高导光和导热的底 层64。底层64可以是例如金、银或铝，并且称为光学"软"底层(optically "soft" underlayer)。底层64被定位在记录元件与软磁底层65之间。此结构提供了比图2 的结构更强烈的谐振(例如等离子体谐振)，在图2中磁性岛之间的间隙仅穿过记 录层的一部分。另外，期望图3的结构比图2中的结构具有更好的热传输特性(例 如更少的侧向热扩散)。在图3中，还示出了被设计成提供磁场通量闭合以允许更 好地局域化由写入元件极在介质上产生的磁场斑软磁层。图4是包括磁性纳米图形化膜记录层的存储介质60的示意俯视图，该磁性纳 米图形化膜记录层包括嵌入到具有较大的电光常数(也称为电光系数)的光活性材 料70中的磁性岛68。光活性材料可以是例如液晶、CdTe、或者诸如LiNb03、 NH4H2P04、 KH2P04、 KD2P04、 LiNb03或LiTa03的氧化物。激光或其它电磁辐射源可用于将由圆72示出的光束引导到记录介质的表面 上。图2中的电极14和电压源48用于在由圆74指示的区域中产生电场。此电场 改变光活性材料的光吸收特性(例如降低反射率)，以使得在由圆74指示的区域 中吸收更多的入射光，而且该区域中介质的温度上升至超出该区域外的介质温度。 由圆74指示的区域足够小，使得磁记录元件76的温度高于最近邻，诸如磁记录元 件78。因而，记录元件76的磁性矫顽力低于记录元件78的磁性矫顽力。当写入 磁场通过写入极(未在此视图中示出)来施加时，磁记录元件74的磁化方向可被 翻转，而磁记录介质76的磁化未受到影响。因而，即使写入极尺寸如此它向多 个磁记录元件施加磁性写入极，也只有记录元件76的磁化因其减小的矫顽力而受 到影响。在一个示例中，本发明可使用液晶(LC)作为填充在图形化介质的磁记录元 件之间的光活性材料。术语液晶用于描述处于液态与晶态之间的状态但呈现类似两者的特性的物质。存在可处于液晶态的许多化合物。液晶存在于许多类型的物质中。 例如，液晶可以是具有较强的各向异性光学性质的聚合物材料。液晶的特性允许向用于制造数据存储介质的纳米图形化工艺中添加制作容易的步骤以获得所需的电光特性。他人己经证实液晶中的金颗粒(goldparticle)呈现显著的谐振。这些材料的其它期望特性包括较大的电光系数以及与润滑要求的相容 性。液晶可具有良好的润滑特性，从而它们可使得介质产生光活性并还可用作设备 运动部分的润滑剂。该装置的组件应当被构造和安排成使电场斑的中心处的磁记录元件与其最近邻之间的翻转磁场之差一称为5T量度一最大化。这可通过使用对具有较高Te和 较高Ku的第一材料层和具有较低Te和较低Ku的第二材料层的进行组合复合介 质设计来解决，其中Tc是居里(Curie)温度而Ku是磁各向异性。这两层的厚 度和Ku、 Te以及磁化(Ms)差被可调节成对给定温升允许最大翻转磁场变化。图5是图3的数据存储介质的磁记录元件68的侧面正视图。磁记录元件 68包括靠近第二层82的第一层80。这些层具有不同的居里温度，并且可在诸 如单轴各向异性常数Ku、磁饱和Ms、以及交换耦合的其它磁性特性和厚度t 方面具有差异。在此示例中，上层80的居里温度低于下层82的居里温度。在 上层中使用具有较低居里温度的材料便于该元件磁化的翻转。然而，在另一个 示例中，具有较低居里温度的材料可处于下层。诸如种子层的附加层可包括在 图5的结构中。对于期望的磁性层生长通常需要附加层。图5的结构可通过使用在整个膜上具有铂(Pt)浓度分布的(C0l.xPtx)合 金来获得，其中对于较高Te材料，x=0.75，而对于较低Te材料，x=0.25。或者， ColPt可用作较低Te材料。如本文中所用的，Co^Ptx表示钴和铂的合金，而 ColPt表示边界分明的多层结构。在另一个实施例中，材料特性的最优组合可通过其它材料来获得，例如纯 镍(Ni)或者包括镍(Ni)的各种合金和/或Co^Civ合金可用作低Te组件。对适度或较小激光功率所计算的光吸收表明对于T = 233°K的温升，可获 得约100°K的W。即使当考虑导致0.1-0.2 kOe的磁头磁场波动的磁头到介质的 间距变化时，该温度差也可被认为是足以选择翻转事件的单个中心位的。图6是取决于图5的低TV高Te复合结构的温度的翻转磁场的图示。图6 示出了其中层80和82中材料的单轴各向异性常数、交换能量和磁饱和都相等、 以及其中层82的Te为1200°K而层80的T。为600°K的情况下的翻转磁场。转磁场的温度变化可通过选择不同的材料来调节，以使因选择性光吸收的sr的影响最大化。DC电场用于在介质上遭受电场的部分中创建介电常数或折射率的变化， 该电场比由写入极产生的磁场斑在空间上更加局域化。电极包括用以提供空间 局域化分布的DC电场的尖端。上述光活性材料将随着介质在暴露在电场下的区域中移动而改变其光吸收特性。光吸收的这种空间局域化变化对磁性特性的影响通过相应的最大温升(r) 和写方案的空间选择性来控制，并且表征为中心位与最近邻的温度差^r。图7 示出了从热转移方程计算出的作为激光功率的函数的^r和r<formula>formula see original document page 10</formula> (i)其中，T [以°K为单位]是由矢量F定义的点在时刻t的温度，《[以W/(mK) 为单位]是材料的导热性，C是材料的容积热容，而^[以W/n^为单位]是由光 源产生的热的功率密度。矢量F从选择成减小计算复杂度的原点开始延伸。对于适度激光功率和具有LC填充的光活性介质(或者其它高光活性材料)，^r和r可导致所记录的数据位的充分温升以及空间局域化。图7示出了所提出的电场辅助数据写入方案的优良指数。从热转移微分方程(方程i)的解计算得到最大温升r以及中心位与最近邻之间的温差<formula>formula see original document page 10</formula>，其中7;e血是处于电场分布的中心的磁记录元件的温度，而r皿是最近邻 磁记录元件的温度。电场辅助数据写入方案的另一个重要的优良指数是^r对激光光斑大小的依赖性，如图8中所示。图8示出了与<formula>formula see original document page 10</formula>作为激光斑大小(nm)的函数的建议电场辅助数据写入方案的光斑大小相关的优良指数。数值计算表明通过DC电场辅助写入方案，可使用衍射极限的光斑尺寸。所施加的DC电场的极性可改变成电极尖为正或负。虽然已根据若干示例描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的 是可对所述示例作出各种改变而不背离如所附权利要求中所阐述的本发明的 范围。
权利要求
1.一种装置包括数据存储介质，包括磁记录元件和靠近所述磁记录元件定位的光活性材料；电场源，用于将电场施加到所述数据存储介质的一部分；电磁辐射源，用于照射所述数据存储介质；以及磁场源，用于将磁场施加到所述数据存储介质的所述部分。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于所述数据存储介质包括附加磁记录元件，并且所述磁记录元件的每一个包括 磁性材料点；以及所述光活性材料靠近所述磁性材料点定位。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁记录元件包括 第一磁性材料层；以及第二磁性材料层，其中所述第一和第二磁性材料具有不同的居里温度。
4. 如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一和第二磁性材料的包括 单轴各向异性常数、磁饱和、和/或厚度的特性被调节成使温度每升高一度的翻转 磁场的减小最大化。
5. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述电场源包括 电极；以及电压源，连接在所述电极与所述数据存储介质之间。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光活性材料包括 液晶、CdTe或氧化物。
7. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述存储介质包括 软磁底层；以及导热层，定位在所述软磁底层与所述磁记录元件之间。
8. —种方法，包括设置包括磁记录元件和靠近所述磁记录元件定位的光活性材料的数据存储介质；将电场施加到所述数据存储介质的一部分； 照射所述数据存储介质；以及将磁场施加到所述数据存储介质的所述部分。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于-所述数据存储介质包括附加磁记录元件，并且所述磁记录元件的每一个包括 磁性材料点；以及所述光活性材料靠近所述磁性材料点定位。
10. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述磁记录元件包括 第一磁性材料层；以及第二磁性材料层，其中所述第一和第二磁性材料具有不同的居里温度。
11. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一和第二磁性材料的包括 单轴各向异性常数、磁饱和、和/或厚度的特性被调节成使温度每升高一度的翻转 磁场的减小最大化。
12. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，使用电场源来施加的所述电场， 所述电场源包括电极；以及电压源，连接在所述电极与所述数据存储介质之间。
13. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光活性材料包括 液晶、CdTe或氧化物。
14. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述存储介质包括 软磁底层；以及导热层，定位在所述软磁底层与所述磁记录元件之间。
15. —种数据存储介质，包括 导电层；以及在所述导电层上的记录层，其中所述记录层包括磁记录元件和靠近所述磁记 录元件定位的光活性材料。
16. 如权利要求15所述的数据存储介质，其特征在于所述数据存储介质包括附加磁记录元件，并且所述磁记录元件的每一个包括磁性材料点；以及所述光活性材料靠近所述磁性材料点定位。
17. 如权利要求15所述的数据存储介质，其特征在于，所述磁记录元件包括: 第一磁性材料层；以及第二磁性材料层，其中所述第一和第二磁性材料具有不同的居里温度。
18. 如权利要求15所述的数据存储介质，其特征在于，所述第一和第二磁性 材料的包括单轴各向异性常数、磁饱和、和/或厚度的特性被调节成使温度每升高 一度的翻转磁场的减小最大化。
19. 如权利要求15所述的数据存储介质，其特征在于，所述光活性材料包括:液晶、CdTe或氧化物。
20. 如权利要求15所述的数据存储介质，其特征在于，还包括 软磁底层；以及导热层，定位在所述软磁底层与所述磁记录元件之间。
全文摘要
本发明涉及包括光活性介质的数据存储装置以及电场辅助记录方法。该装置包括数据存储介质，该介质包括磁记录元件和靠近磁记录元件定位的光活性材料；电场源，用于将电场施加到数据存储介质的一部分；电磁辐射源，用于照射数据存储介质；以及磁场源，用于将磁场施加到数据存储介质的该部分。
文档编号G11B5/02GK101221768SQ20071016212
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月18日 优先权日2006年12月18日
发明者I·K·桑德尔, O·N·麦亚索夫 申请人:希捷科技有限公司