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科学研究：强健的高性能数据存储方式
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科学研究：强健的高性能数据存储方式
最新一代的磁盘由因瓦合金材料的磁性薄片制成。它们具有极高的抗性和数据存储密度，利用了激光加热局部纳米区域来存储数据的方式，因而被称为热辅助磁记录（HAMR）。这些因瓦合金的体积几乎不因加热而膨胀。一种同样采用HAMR存储方式的类似材料是纳米铂铁薄片。来自亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心（HZB）和波茨坦大学Matias Bargheer教授的联合研究小组领导的国际科研团队，目前首次通过实验观察到这些铂铁薄片中特殊的自旋晶格如何相互作用并抵消晶格的热膨胀。
铂铁（FePt）在热平衡性质上属于因瓦合金材料，它在加热时几乎不膨胀。这种现象最早于1897年在镍-铁合金材料“Invar”中被观察到，但研究人员直到近些年才理解其中机理：一般情况下，加热会引起固体中的晶格振动，而振动的原子需要更大空间，最终即表现为宏观上的膨胀。然而出人意料的是，加热铂铁产生了相反的效应：温度越高，材料越倾向磁化方向收缩，进而决定了因瓦合金的最小膨胀属性。
Matias Bargheer教授领导的团队目前首次通过实验比较不同的铂铁薄片中出现的这一有趣现象。Bargheer带领一支来自HZB和波茨坦大学的联合研究小组，并与来自里昂（Lyon）、布鲁诺（Brno）和开姆尼斯（Chemnitz）的同事一起，研究完美结晶的铂铁层和用于HAMR存储的铂铁薄片间存在差异的内在机制。这其中包括嵌在碳基体中并由堆叠的铁和铂单原子层形成的结晶纳米颗粒。
在很短的时间间隔内用两束激光脉冲加热并激活铂铁样本，最后利用X射线衍射确定晶格局部膨胀或收缩的强度。
图片来源：Pixabay
Bargheer解释称，“令我们感到惊讶的是连续晶格层在被激光短暂加热后会膨胀，同时原本松散排列的纳米颗粒沿着同一晶格取向收缩。反观HAMR数据存储材料——嵌在碳基体中并在衬底上生长的纳米颗粒对激光的反应较弱：它们先微微收缩，后稍稍膨胀。”
Bargheer团队中的博士生Alexander von Reppert是这项研究的第一作者，他表示，“通过这些利用了超短X射线脉冲的实验，我们已经能够确定薄片形态的重要性。”其关键就在于横向收缩，即所谓的泊松效应。
Bargheer说：“每个用力按压过橡皮的人都知道按压后橡皮的中间层会变厚。”
图片来源：Pixabay
他还补充道：“纳米颗粒同样具有这样的性质，然而对于完美薄片，平面中没有膨胀空间，这些颗粒将不得不沿着垂直于薄片的由自旋驱动的收缩方向运动。”
所以，嵌在碳基中的铂铁是一种非常特殊的材料。它不只磁性稳定，同时其热机械学性质能够防止加热时过度变形，进而防止材料被破坏——这一点对HAMR至关重要！
撰文：安东尼娅·罗特格（Antonia Rötger）
翻译：张宇哲
审校：董子晨曦
引进来源：亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心
引进链接：https://phys.org/news/2020-07-robust-high-performance-storage-magnetic-anisotropy.html
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实验过程：两束激光脉冲在短时间内依次击打由纳米铂铁制成的薄片。第一束激光破坏自旋有序，随后第二束激光将其磁化。最后通过X射线确定晶格膨胀或收缩的形式。@ M. Bargheer/ Uni Potsdam
最新一代的磁盘由因瓦合金材料的磁性薄片制成。它们具有极高的抗性和数据存储密度，利用了激光加热局部纳米区域来存储数据的方式，因而被称为热辅助磁记录（HAMR）。这些因瓦合金的体积几乎不因加热而膨胀。一种同样采用HAMR存储方式的类似材料是纳米铂铁薄片。来自亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心（HZB）和波茨坦大学Matias Bargheer教授的联合研究小组领导的国际科研团队，目前首次通过实验观察到这些铂铁薄片中特殊的自旋晶格如何相互作用并抵消晶格的热膨胀。
铂铁（FePt）在热平衡性质上属于因瓦合金材料，它在加热时几乎不膨胀。这种现象最早于1897年在镍-铁合金材料“Invar”中被观察到，但研究人员直到近些年才理解其中机理：一般情况下，加热会引起固体中的晶格振动，而振动的原子需要更大空间，最终即表现为宏观上的膨胀。然而出人意料的是，加热铂铁产生了相反的效应：温度越高，材料越倾向磁化方向收缩，进而决定了因瓦合金的最小膨胀属性。
Matias Bargheer教授领导的团队目前首次通过实验比较不同的铂铁薄片中出现的这一有趣现象。Bargheer带领一支来自HZB和波茨坦大学的联合研究小组，并与来自里昂（Lyon）、布鲁诺（Brno）和开姆尼斯（Chemnitz）的同事一起，研究完美结晶的铂铁层和用于HAMR存储的铂铁薄片间存在差异的内在机制。这其中包括嵌在碳基体中并由堆叠的铁和铂单原子层形成的结晶纳米颗粒。
在很短的时间间隔内用两束激光脉冲加热并激活铂铁样本，最后利用X射线衍射确定晶格局部膨胀或收缩的强度。
图片来源：Pixabay
Bargheer解释称，“令我们感到惊讶的是连续晶格层在被激光短暂加热后会膨胀，同时原本松散排列的纳米颗粒沿着同一晶格取向收缩。反观HAMR数据存储材料——嵌在碳基体中并在衬底上生长的纳米颗粒对激光的反应较弱：它们先微微收缩，后稍稍膨胀。”
Bargheer团队中的博士生Alexander von Reppert是这项研究的第一作者，他表示，“通过这些利用了超短X射线脉冲的实验，我们已经能够确定薄片形态的重要性。”其关键就在于横向收缩，即所谓的泊松效应。
Bargheer说：“每个用力按压过橡皮的人都知道按压后橡皮的中间层会变厚。”
图片来源：Pixabay
他还补充道：“纳米颗粒同样具有这样的性质，然而对于完美薄片，平面中没有膨胀空间，这些颗粒将不得不沿着垂直于薄片的由自旋驱动的收缩方向运动。”
所以，嵌在碳基中的铂铁是一种非常特殊的材料。它不只磁性稳定，同时其热机械学性质能够防止加热时过度变形，进而防止材料被破坏——这一点对HAMR至关重要！
撰文：安东尼娅·罗特格（Antonia Rötger）
翻译：张宇哲
审校：董子晨曦
引进来源：亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心
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