超高密度磁记录用分立存储介质中软磁/硬磁交换耦合的复合记录单元的结构设计及性能研究

分立存储介质（Bit Patterned Media）是磁记录领域的一个新的发展方向，由于其具有热稳定性好，信噪比高等优点受到了研究者们的广泛关注。然而随着记录密度的提高，分离存储介质也面临着如何在保持热稳定性的同时降低矫顽力的问题。将软磁/硬磁交换耦合这一概念引入分立介质中是解决这一问题的一种简单有效的方法。通常在软磁/硬磁交换耦合复合介质的研究中人们只重视软磁部分的体积和饱和磁化强度，而对于软磁部分的各向异性带来的影响没有深入研究。本项目中我们提出通过改变软磁层对硬磁部分的覆盖方式，即软磁层的形状来改变软磁层的磁各向异性能，并研究其对于记录介质整体性能的影响。同时对于软磁层的材料、厚度、用于调节交换耦合强度的中间层的厚度带来的影响均进行系统而深入的研究，期望能够寻找到适合分离存储介质的最佳覆盖方式以及与之相匹配的软磁层材料、厚度、和中间层厚度。

分立存储介质是未来磁记录的发展方向。L10 FePt作为有潜力的分立存储介质材料已经受到了广泛的关注。然而其矫顽力超过了磁头所能提供的写入场，为了使其矫顽力降低，与软磁材料进行复合是一种简单有效的方法。由于结构的特殊性，软硬磁材料的复合有多种形式。为了寻找最佳的复合方式，我们从微磁学模拟和实验两方面展开了研究。.采用微磁学模拟的方法研究了软硬磁交换耦合的FeCo/L10 FePt复合记录单元的磁性。对于三种不同的模型（软磁叠加在硬磁上方，软磁包覆硬磁，软磁位于硬磁四周），分别模拟了不同软硬磁交换耦合强度下的磁翻转过程。发现在软硬磁体积比相同的情况下，这三种模型都可以使记录单元的矫顽力下降到10 kOe左右，但是相应的交换耦合强度大小不同。软磁包覆硬磁的模型可以在更大的交换耦合强度范围内得到较小的矫顽力，这说明这种模型在实际应用中可以得到磁性更均匀的介质。此外这三种模型对于外磁场的角度都有较好的容忍性，这对于抑制噪音是有好处的。.用微磁学模拟了不同构造的FeCo/L10 FePt记录单元阵列的磁化翻转过程。分别是软磁只覆盖记录单元表面而不覆盖单元间的空隙（A结构）和软磁完全覆盖介质表面（B结构）。研究结果表明B结构的介质具有更低的矫顽力，并且由于记录单元间通过软磁层加强了交换耦合，从而抵消退磁相互作用，使记录单元间总的磁相互作用更小。对比六角阵列和四角阵列的模拟结果，发现当记录单元间距相同时两种阵列的磁翻转特性非常相似，而六角阵列的记录密度是四角阵列的约1.2倍。这两种结构的介质的读写特性还有待进一步研究。.实验中使用射频磁控溅射加后续热处理的方法在硅基片上制备了垂直取向的L10 FePt薄膜。当FePt的沉积厚度为3nm时，通过后续热处理，得到了平均颗粒尺寸为20nm的颗粒膜。虽然颗粒的排布是随机的，但这种颗粒膜可以用于分立存储介质的基本磁性研究。在这种颗粒膜上继续沉积1~15 nm厚的FeCo软磁材料，发现软磁材料能够有效降低介质的矫顽力。当FeCo层的厚度小于等于6nm时，软磁和硬磁有较好的耦合，磁化翻转一致。而大于6nm时，由于接近表面部分的软磁层和硬磁层的交换耦合很弱，磁化翻转发生分离。结果说明能够作为记录材料的FeCo/L10 FePt软磁材料，其软磁部分的厚度需控制在6 nm以内。后续还将使用更多的实验手段对这种复合介质进行更细致的结构及磁性研究。