物理学凝聚态物理专业毕业论文[精品论文]超高密度磁记录用硬盘核心磁性器件的微磁学分析关键词：磁介质磁记录介质FePt合金磁导率CPP-GMR读磁头微磁学分析摘要：硬盘核心系统包括存储信息的磁介质、读写信息的磁头和实现快速读写的机械转动系统，其中涉及的学科非常广泛，包括材料、机械、电子、自动化、计算机等工科的研究，也与物理、化学这些理科的基础研究密切相关。本文的研究主要集中在对硬盘工业最关键的核心磁性器件的研究领域。微磁学(micromagnetics)可以计算磁滞回线、磁导率、磁畴和信息的读写过程，通过计算和设计，可以大幅度地减少器件制备、材料制备过程中的盲目性，并可以设计硬盘系统的重要参数本论文的研究内容从超高密度磁记录介质到CPP-GMR器件，再到热辅助磁记录系统(包括磁性记录层，中间层，软磁衬底层，SPT写磁头以及激光光源)。根据具体的研究步骤，论文主要分为以下三个部分：第一部分超高密度磁记录用记录介质的微磁学模拟分析这一部分主要以磁晶各项异性能和磁弹性能为核心对实验室制备出来的磁性能良好的垂直取向L10相FePt合金单层膜和多层膜以及水平取向的CoCrPt合金单层膜进行微磁学分析，主要得到以下一些结论：1)在FePt/Pt/CrlW单层膜中，随着衬底层中W含量从0增加到15at.％，CrW合金的晶格常数变大，Cr(200)面和FePt(001)面之间的错配度也相应增大，从5.4％增加到7.2％，这也就表明，在FePt合金薄膜的面内，存在着伸张内应力σi。通过应力定性分析，我们得到了FePt单层膜面内总的应力大小为1.079GPa(包括内应力和外应力)，其中沿a轴方向的总应力大小约为763MPa。2)在FePt/Pt/CrW单层膜中，我们通过微磁学分析的方法，研究了四角磁晶各项异性，晶粒内部的交换相互作用以及面内应力对FePt合金单层薄膜M-H回线的影响。3)在Fe/Pt多层膜中，我们对L10相FePt合金多层磁性薄膜的磁致回线进行了模拟。和单层膜相比，多层膜中c轴的取向度更好一些，而且晶粒内部和晶粒之间具有较大的交换相互作用。我们模拟得到的垂直方向的矫顽力约为7.8kOe，略小于面内的矫顽力，这主要是因为四角磁晶各项异性在面内导致了较大的立方各向异性的缘故。4)在Fe/Pt多层膜中，我们通过计算矫顽力与外场和取向间央角的关系，对Fe/Pt多层膜的反磁化过程进行了简单的研究。研究表明，多层膜表现出与畴壁移动模型相近的变化趋势，这说明它的反磁化过程主要是以畴壁位移的方式进行的。5)此外，我们以六角网格为基本单元，以单轴磁晶各项异性能和磁弹性能为核心，对实验室制备出来的水平取向的CoCrPt合金单层磁性薄膜进行了微磁学分析。微磁学研究表明，当Pt含量超过15at％时，由应力导致的矫顽力将起主导作用。第二部分超高密度磁记录用CPP-GMR读磁头的微磁学分析这一部分主要致力于对纳米尺度的CPP-GMR器件进行微磁学模拟，主要得到了以下结论：1)为了提供最佳的永磁偏置场，抑制多层膜自由层中磁畴结构的产生，使得自由层的磁矩只随外场转动，水平永磁体顶角θ的最优化值为70°。2)当CPP-GMR磁头的磁迹宽度(track-width)减小到40nm时，在不同的h/w(自由层高度与宽度比)比下，自由层的磁矩在信号场的作用下发生了一致转动，然而，当h/w比大于1时，形状各向异性在磁矩的翻转过程中起到了非常重要的作用，导致了磁阻曲线中磁滞现象和不可逆跳跃的发生，并且恶化了磁头的输出信号。3)研究了CPP-GMR磁头的h/w比值(形状各项异性)和永磁体的Mrd值对MR响应曲线的影响。4)研究了CPP-GMR磁头的磁屏蔽层镜像效应。当软磁屏蔽层间隙G减小到20nm时，要获得良好的读出特性，需要Hpinned≥7000e和HsyAF≥10000e。这一部分主要通过建立三维的热传导模型和微磁学模型，对记录密度超过1Tb/in2的热辅助磁记录系统进行分析研究主要得到了以下结论：1)研究发现，记录介质的加热和冷却过程是由磁性层和软磁衬底层之间的热传导(-V2T)过程决定的，而且和软磁衬底层的热传导系数K有着非常密切的关系。K值的增加，加速了HAMR介质内部热量传导的过程，导致了冷却时间的迅速减小，同时，也使得HAMR介质局域温度的最大值(Tmax)有所降低。2)研究表明，在记录层上数据位的分布图样不仅与SFT写磁头的形状和写...