高密度垂直磁记录的高密度垂直磁记录的最新研究成果最新研究成果PB03206270 PB03206270 周华兴 周华兴 2020 系系

指导老师：刘之景指导老师：刘之景

为什么要研究高密度垂直磁记录为什么要研究高密度垂直磁记录

垂直磁记录原理垂直磁记录原理

垂直磁记录的前沿垂直磁记录的前沿

前景与展望前景与展望

主要内容

1.1. 为什么要研究高密度垂直磁记录为什么要研究高密度垂直磁记录

纵向磁记录的最大障碍纵向磁记录的最大障碍 超顺磁性超顺磁性

过小的晶粒体积难以长久的保持磁记录的过小的晶粒体积难以长久的保持磁记录的信号信号（超顺磁性）（超顺磁性）

理论上记录上限为理论上记录上限为 250~500Gb/in250~500Gb/in²²

((Abarra E N, et al. Appl. Phys. Lett.) Abarra E N, et al. Appl. Phys. Lett.)

最具潜力的磁记录方式最具潜力的磁记录方式

垂直磁记录垂直磁记录

IBMIBM 的前的前 FellowFellow ，， David A. ThompsonDavid A. Thompson ““多数大学以及多数大学以及 NSIC (National Storage IndustNSIC (National Storage Indust

ry Consortium)ry Consortium) 的研究人员，已经开始为实现的研究人员，已经开始为实现 11TbTb／／ inin²²展开研究。目前，展开研究。目前，所有的设计所有的设计都是以垂都是以垂直磁记录方式为前提的”。（直磁记录方式为前提的”。（ 1TB=1024GB1TB=1024GB））

垂直磁记录理论（垂直磁记录理论（ Perpendicular Magnetic Perpendicular Magnetic RecordingRecording ，， PMRPMR ）是近）是近 3030 年前年前1975 1975 日本东北大学 岩崎峻一教授提出的日本东北大学 岩崎峻一教授提出的

垂直记录技术把数据位改为垂直排列，在垂直记录技术把数据位改为垂直排列，在减小数据位的表面积的同时不会出现超顺减小数据位的表面积的同时不会出现超顺磁性。磁性。

2 2 原理原理

M in plane, low density.

N S

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M perpendicular to the plane, high density.

两种不同的磁记录方式示意图两种不同的磁记录方式示意图上图为纵向磁记录上图为纵向磁记录下图为垂直磁记录下图为垂直磁记录

左图为纵向磁记录的记录方式示意图

右图为垂直磁记录的记录方式示意图

)exp()()( 0 t

tMtM r

HdHd 为退磁场为退磁场MrMr 为剩余磁化强度为剩余磁化强度tt 为介质磁层厚度为介质磁层厚度HcHc 为介质矫顽力为介质矫顽力

MM 为记录介质剩为记录介质剩磁磁

tt 为测量时间 为测量时间

为弛豫时间（磁化保持的时间）为弛豫时间（磁化保持的时间）KuKu 为晶粒的单轴各向异性常数为晶粒的单轴各向异性常数VV 为晶粒的体积为晶粒的体积kk 为波尔兹曼常数为波尔兹曼常数

TT 为测量温度为测量温度

)/exp(10 9 kTKuV

HcMrtHd /

突破超顺磁性的障碍突破超顺磁性的障碍

HH 为外加磁场为外加磁场

H’H’ 为退磁场为退磁场要使要使 H’H’ 尽量的小 则应使尽量的小 则应使 ll 大，大，

dd 小小

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M in plane, low density.

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M perpendicular to the plane, high density.

3 3 垂直磁记录的前沿垂直磁记录的前沿

垂直磁记录的最新发展垂直磁记录的最新发展

时间 公司 面密度(Gb/in²)

数传率(Mb/s)

线密度（ kbpi）

道密度（ kbpi）

矫顽力（ kA/

m）

2000/4 Fujitsu 56 680 82

2000 IBM 103 406 254 296.0

2001/8 Fujitsu 106.4 128.8 750 141.9 316.1

2002/4 Read-Rite 130 >318.3

2002/5 Fujitsu 300 垂直记录

2002/11 Seagate 100 垂直记录

垂直磁记录介质垂直磁记录介质

一个划时代的产品 一个划时代的产品 2004.12.132004.12.13 东芝公东芝公

司公布了全球首司公布了全球首款基于垂直磁记款基于垂直磁记录技术的硬盘驱录技术的硬盘驱动器动器 (HDD) (HDD)

容量容量 80GB(80GB( 双盘双盘 ))

大小（盘面直径）大小（盘面直径）只有只有 1.8in1.8in

它的面密度达到了它的面密度达到了 1133Gb/in33Gb/in²²

1byte(B)=8bit(b)1byte(B)=8bit(b)

与与 3.5in 3.5in 软盘软盘 1.44MB1.44MB 对比对比1GB=1024MB1GB=1024MB

80GB/1.44MB=80*1024/1.44=5700080GB/1.44MB=80*1024/1.44=57000

垂直磁记录初试身手 垂直磁记录初试身手 不鸣则已 一鸣惊人不鸣则已 一鸣惊人

4 4 前景与展望前景与展望经过经过 2020 年的研究与争论，磁盘产业现在一年的研究与争论，磁盘产业现在一致认为，必须作出历史性的改变，从纵向致认为，必须作出历史性的改变，从纵向记录转向垂直记录。记录转向垂直记录。东芝公司声称将在东芝公司声称将在 20052005 年上半年在笔记本年上半年在笔记本中广泛使用采用垂直磁记录的硬盘。各硬中广泛使用采用垂直磁记录的硬盘。各硬盘厂商似乎开始取得共识，将紧随其后加盘厂商似乎开始取得共识，将紧随其后加快开发的步伐！快开发的步伐！

当然离它的目标当然离它的目标 Tb/in²Tb/in² 还差得远还差得远

20052005 年将是垂直磁记录丰收的一年！年将是垂直磁记录丰收的一年！

感谢学校提供我们这样一个机会展示自感谢学校提供我们这样一个机会展示自己的想法！己的想法！感谢刘之景老师对我的鼓励和指导！感谢刘之景老师对我的鼓励和指导！感谢在座的各位老师和同学们的观看！感谢在座的各位老师和同学们的观看！

Thanks!Thanks!