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Fait marquant | Spintronique

Impact du couplage efficace entre grains en raison des énormes gradients thermiques dans l'enregistrement magnétique assisté par la chaleur


​L’enregistrement magnétique à assistance thermique (HAMR) est une nouvelle technologie d’enregistrement de disque dur qui utilise un chauffage temporaire du support en champ proche pendant l’écriture pour augmenter la densité de stockage du disque dur. Il est en développement dans l’industrie des disques durs depuis plus de 10 ans. Cette étude a révélé un phénomène totalement négligé lors du développement de cette technologie pendant ces dernières années : l'existence d'un couplage effectif entre les grains du support d'enregistrement dû à la thermoémission d'électrons polarisés en spin. Ceci a d'importantes conséquences sur les performances d'enregistrement.

Publié le 5 novembre 2018

En HAMR, des gradients thermiques extrêmement importants sont créés dans le support d'enregistrement (jusqu'à 10 K/nm) en raison de la combinaison du chauffage local obtenu par une antenne plasmonique et de la vitesse du support lorsque le disque dur tourne (20 m/s). L'état de l'art en matière de support magnétique HAMR consiste en grains d'alliages FePt présentant une anisotropie perpendiculaire élevée séparés par un ségrégant en carbone de 1 à 2 nm d'épaisseur. À côté de l’antenne plasmonique, la différence de température entre deux grains de FePt de taille nanométrique dans le support peut atteindre 80K à travers la limite de grain épaisse de 1 à 2 nm. Ceci représente un gigantesque gradient thermique local de 40 à 80 K/nm à travers une barrière de tunnel de carbone. À titre de comparaison, dans les jonctions tunnel magnétiques, il a été montré que des gradients thermiques beaucoup plus faibles de l’ordre de 1K/nm à travers la barrière de tunnel provoquaient un couplage magnétique efficace en raison de la thermoémission d’électrons polarisés en spin capables d’induire une commutation d’aimantation dans les électrodes magnétiques. Etant donné que les gradients thermiques en HAMR sont supérieurs de un à deux ordres de grandeur à ceux utilisés dans les jonctions tunnel magnétiques, on peut s'attendre à un fort impact de ces couples de transfert de spin thermique sur la dynamique de commutation d'aimantation dans l'enregistrement HAMR. Cet élément a totalement été négligé dans les développements antérieurs de la technologie HAMR. Notre étude réalisée en collaboration entre SPINTEC, Headway Technologies et NIMS Japan a combiné théorie, expériences visant à déterminer la polarisation des électrons à effet tunnel au travers des joints de grains de support et simulations micromagnétiques du processus d’enregistrement en tenant compte de ces gradients thermiques. Il a été démontré que le couplage magnétique dû au gradient thermique énorme dans le support peut avoir un impact négatif sur les performances d'enregistrement en favorisant un alignement magnétique antiparallèle entre les grains voisins pendant le refroidissement du support. Des implications sur la conception des supports d’enregistrement ont été mises en place afin de surmonter l’influence de ces couplages thermiquement induits.


Schéma du principe de l'enregistrement magnétique assisté par chaleur.
Simulations illustrant la dégradation des motifs écrits sur le support magnétique.
Chaque bit d'information (0 ou 1) apparaît sous la forme d'un groupe de grains magnétiques magnétisés vers le haut (noir) ou vers le bas (blanc). La taille du grain est de 8nm.
Financement : ERC MAGICAL n°669204

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