CN101114483B - 使用多重铁性记录介质的电场辅助写入 - Google Patents
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Abstract
一种设备包括：包括压电材料和铁磁材料的数据存储介质、用于向该数据存储介质的一部分施加电场的电场源、以及用于向数据存储介质的该部分施加磁场的写入极。也提供了由该装置执行的方法。
Description
技术领域
本发明涉及数据存储的方法和设备，尤其涉及可用于电场辅助磁性记录的方法和设备。
背景技术
对增大磁性数据存储装置容量的尝试必须在磁性数据存储介质的可写性、粒度和磁各向异性之间寻求平衡。写磁头只能产生受限的磁场，且该限制根据材料中能达到的最大体磁化强度、可通过导体的最大电流密度、以及磁头与介质的分离而设定。如果将介质中的各向异性降低到能由写磁头写入的点且使颗粒足够小以保持可接受的信噪比，则对于较大区域密度介质可能并不热稳定。这被称为超顺磁限制。
铁电(FE)数据存储介质的优点是可使用电场写入且可用薄膜装置产生极大的电场值。因此，具有极大各向异性的FE介质可通过薄膜装置写入，且具有极小畴(以及窄畴壁)的热稳定FE介质可被写入。使用FE记录的问题之一是读回困难。自由电荷趋于屏蔽FE介质中的极化图案，而这需要在读回的读取方法之前使用写入。由于自由磁荷不存在，因此对于磁介质不存在这样的问题且读回相对容易。
近来，已经开发了将磁致弹性和铁电材料结合的复合材料，它在室温以上具有铁磁(FM)和FE属性。两个示例复合材料是BiFeO3-CoFe2O4和BaTiO3-CoFe2O4。在这些示例中，BiFeO3和BaTiO3是FE材料，而CoFe2O4是FM材料。
已经证明了使用电场转变BiFeO3-CoFe2O4复合物中的磁化。该复合物由BiFeO3基质中的CoFe2O4纳米柱组成。该材料在700℃下通过使用脉冲激光沉积在SrRuO3上并产生完全外延膜，包括跨越BiFeO3-CoFe2O4晶界。磁化通过施加较大的均匀磁场而饱和，然后可通过使用压电力显微镜(PFM)施加电场而转变50至60％的磁化。上述的膜不用于数据存储。
依然存在对能提供足够热稳定性和足够信噪比(SNR)的磁性数据存储方法和设备的需要。
发明内容
一方面，本发明提供了一种设备，它包括：包括压电材料和铁磁材料的数据存储介质、用于向数据存储介质的一部分施加电场的电场源、以及用于向数据存储介质的该部分施加磁场的磁场源。
另一方面，本发明提供了一种方法，包括：向包括压电材料和铁电材料的数据存储介质的一部分施加电场、以及向数据存储介质的该部分施加磁场以转变数据存储介质中铁磁材料的畴的磁化方向。
在各个实施方式中，数据存储介质可包括：与一个压电材料层相邻的一个铁磁材料层；压电材料基质中的多个铁磁材料岛；非铁电材料和非压电材料基质中的多个柱，其中各个柱包括一个铁磁材料层和一个压电材料层；压电材料基质中的多个铁磁纳米颗粒，或者铁磁材料基质中的多个压电纳米颗粒；或者非铁电材料和非压电材料基质中的多个纳米颗粒，其中各个纳米颗粒包括铁磁材料和压电材料。
电场源可包括电极和电压源，其中电压源连接在电极与数据存储介质之间或电极与磁场源之间。
在另一示例中，电场源可包括第一和第二电极以及连接在该第一与第二电极之间的电压源。
附图说明
图1是可包括本发明的盘驱动器的图示。
图2是根据本发明一实施方式构建的记录头的示意图。
图3、4、5和6是记录头和介质的示意图，它们示出了本发明的操作。
图7是可根据本发明一实施方式使用的数据存储介质的横截面图。
图8是图7的数据存储介质的俯视平面图。
图9和10是可根据本发明一实施方式使用的数据存储介质的横截面图。
图11是可根据本发明另一实施方式使用的数据存储介质的图示。
图12和13是根据本发明其它实施方式构建的其它设备的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种电场辅助磁性记录的方法和设备，该电场辅助磁性记录通过使用包括压电材料(PE)和铁磁或亚铁磁材料(FM)的数据存储介质、诸如磁场写入极的磁场源、以及用于将存储介质置于电场下的电场源实现。该介质是指多重铁性(MF)介质。如本文使用的，多重铁性介质是包括压电材料和铁磁或亚铁磁材料的存储介质，其中压电材料可以是但并非必须是铁电材料。而且，如本说明书使用的，术语铁电材料包括铁电和亚铁电材料两者。而且，如本说明书使用的，术语铁磁材料包括铁磁和亚铁磁材料两者。
在一示例中，施加电场以减小磁性材料中的面外磁各向异性，然后施加具有较大面外分量的磁场以写入磁性材料。更具体地，电场用于将磁性材料的磁各向异性从面外方向向面内方向转动。这假设本发明用于垂直记录。然而，应该理解，本发明也可用于纵向记录。在纵向记录情形中，可施加电场以减小磁性材料中的面内磁各向异性，然后可施加具有较大面内分量的磁场以写入该磁性材料。在各个情形中，所存储的数据位可使用磁传感器读回。
在一方面中，本发明提供用于磁性记录的设备。图1是可使用本发明一实施方式的盘驱动器10的图示。盘驱动器包括大小调节并配置成包含盘驱动器各个部件的外壳12(在该附图中上部被移除而下部可见)。该盘驱动器包括用于旋转外壳内至少一个数据存储介质16(在本情形中为磁盘)的主轴马达14。至少一个臂18被包含在外壳12内，其中各个臂18的第一端20具有记录和/或读取头或滑橇22、而其第二端24通过轴承26可旋转地设置在轴上。致动器马达28置于臂的第二端24上，用于旋转臂18以将头22定位在盘16的期望扇区上。致动器马达28通过未在附图中示出但在本领域中公知的控制器调节。
虽然本发明可用于如图1所示的盘驱动器，但是应该理解，本发明也可用于其它类型的数据存储装置，诸如探针存储装置。
图2是根据本发明一实施方式构建的设备的一部分的图示。该设备包括相邻于数据存储介质32设置并由空气轴承34与该介质隔开的记录头30。该记录头包括写入极36和返回极38。该写入极和返回极由磁轭40磁性耦合。线圈42中的电流用于产生从写入极通过介质延伸到返回极的磁通量44。电极46靠近写入极设置。在本示例中，该电极通过绝缘材料层48与写入极绝缘。电压源50连接到电极，并且在本示例中，连接到介质。电压源在电极和介质之间建立电压，从而将介质置于电场中。该电场可导通或关断，从而使其只在写入过程中导通。因此，电压以与写入电流相比较低的频率开关。
图3-6是写入极和存储介质的示意图，示出了使用电场辅助写入技术和多重铁性介质写入数据位。图3示出包括缠绕磁性写入极62的线圈60、与多重铁性介质64相邻定位的写磁头的元件示图。该介质包括记录层66，该记录层包括各自具有单个磁畴的多个记录位68、70和72。在各个实施方式中，例如，记录位可由压电材料分隔、本身可以是压电/铁磁多层、或可以是嵌入基质中的球。
各畴的磁各向异性造成由箭头指示的磁化方向。记录层位于绝缘材料层74上，而绝缘材料层74位于基底76上以将介质与电极分隔开。该绝缘体取决于所用介质的类型可以是必要的或不必要的。如果通过介质发生短路，诸如通过压电(PE)基质中的铁磁(FM)柱，则需要绝缘体。如果该介质包括绝缘PE基质中的FM球，则可能不需要绝缘体。
图4示出在写入极与介质之间施加电压以产生降低位70的面外磁各向异性(由箭头78示出)使得磁化向面内方向旋转的电场。
图5示出向线圈施加电流以产生由写入极施加到介质的磁场。当磁场和电场两者都被施加时，磁各向异性被电场降低且磁化被磁场转变。两种场施加的顺序并不重要，至少在静态情形中如此。对于图2中的器件，位可能需要先通过电极，然后通过磁极。这样，该位在电场变弱时暴露在磁场中，并且磁化方向建立。
图6示出在磁场和电场关断之后的最终磁化状态。总之，图3示出初始状态，图4示出向介质施加电场的状态，图5示出磁场和电场都被施加以向介质写入时的状态，而图6示出介质中位的磁化已相对于图3中的初始状态转变的最终状态。
图7是可根据本发明一实施方式使用的数据存储介质90的横截面图。该数据存储介质包括基底94上的记录层92。该记录层包括压电材料基质100中的铁磁材料柱96和98。图8是图7数据存储介质的俯视平面图。
图9是可根据本发明一实施方式使用的数据存储介质102的横截面图。该数据存储介质包括基底106上的记录层104。该记录层包括压电材料层110上的铁磁材料层108。FM和PE材料的顺序可以颠倒，且该介质可以是FM和PE层重复一次以上的多层结构。
图10是根据本发明另一实施方式构建的数据存储介质112的横截面图。该数据存储介质包括基底116上的记录层114。该记录层包括非铁电且非铁磁的材料基质122中的柱(或岛)118和120。各个柱包括铁磁材料层124和压电材料层126。FM和PE材料的顺序可更改且柱可使用重复一次以上的多层配置构建。
图9和10的介质包括简单双层形式的FE和FM材料多层。如果与位图像化介质(BPM)类似地进行图形化，则多层介质中的电磁耦合可得到加强。这些膜无需外延生长，这使得其沉积更简单。例如，可通过生长在单晶基底上的PZT膜开始，沉积一Ta层以破坏局域外延，然后沉积一Terfeno-D膜。然后，这些膜可与BPM类似地进行图形化。
图11是根据本发明另一实施方式构建的数据存储介质130的示意图。该数据存储介质包括记录层132，该记录层包括压电材料基质136中的多个铁磁材料纳米颗粒134。或者，该基质可以是FM材料而纳米颗粒可以是PE材料。在另一示例中，纳米颗粒可包括压电材料和铁磁材料两者。在该情形中，一种材料可以是围绕另一种材料的壳。
图12和13是根据本发明其它实施方式构建的设备的示意图。图12示出与多重铁性(MF)介质142相邻定位的记录头的写入极140。电极144相邻于写入极定位且电压源146用于提供电极和写入极之间的电压。在本示例中，介质置于如线148所示的边缘(fringing)电场中。
图13示出与多重铁性(MF)介质152相邻定位的记录头的写入极150。第一和第二电极154和156相邻于写入极并在写入极相反两侧定位。电压源158用于向电极提供电压。在本示例中，介质置于如线160所示的边缘电场中。
如上所述，压电材料无需是铁电材料，这允许更广泛的材料选择。此外，FE和FM材料不需要全部外延。存在许多可用于记录材料的FE和FM材料，诸如但不限于：标准磁性介质合金、TbxDy1-xFey(其中0.30＜x＜0.33且1.8＜y＜2.2)、NiFe2O4、FePt、Co3Pt、Co/Pt多层、或Co合金；以及PZT(PbZrTiO3)、PT(PbTiO3)、PZ(PbZrO3)、PLZT(PbLa)(ZrTi)O3、Pb(Mg，Nb)O3、Pb(Zn，Nb)O3、或Pb(Sc，Nb)O3。多重铁性介质可通过与位图形化介质(BPM)类似的方式形成，其中可将磁位图像化到介质中且基质填充物是压电材料。
数据存储介质可包括除上述层以外的其它层。此外，可直接向除铁磁或压电层之外的层施加电压，只要电场至少在压电材料上起作用即可。
虽然以上描述了将本发明用于垂直记录，但是本发明也可用于纵向记录，其中介质中的磁各向异性将需要是纵向而非垂直的，且由记录头施加的磁场需要具有基本上面内的分量。在各个情形中，需要选择磁性材料磁化和压电效应的正确符号。当施加电场时，PE材料取决于材料及其晶向在一个方向上膨胀而在另一个方向上收缩。这导致磁性材料在一个方向上膨胀和/或在另一方向上收缩。这可取决于材料及其晶向增大或减小各向异性。
虽然已就若干示例描述了本发明，但是对本领域技术人员显而易见的是在不背离所附权利要求书阐述的本发明范围的情况下可对所述示例进行各种改变。
Claims (20)
1.一种数据存储设备，包括：
数据存储介质，包括压电材料和铁磁材料；
电场源，用于向所述数据存储介质的一部分施加电场以减小铁磁材料中的各向异性；以及
磁场源，用于向所述数据存储介质的所述部分施加磁场，以转变所述数据存储介质中铁磁材料的畴的磁化方向，
其中所述铁磁材料包括磁性合金。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据存储介质包括：
与一个所述压电材料的层相邻的所述铁磁材料的层。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据存储介质包括：
在所述压电材料的基质中的所述铁磁材料的多个岛。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据存储介质包括：
在非铁电和非压电材料的基质中的多个柱，其中各个所述柱包括所述铁磁材料的层和所述压电材料的层。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据存储介质包括：
在所述压电材料的基质中的多个铁磁纳米颗粒，或在铁磁材料的基质中的多个压电纳米颗粒。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据存储介质包括：
在非铁电和非压电材料的基质中的多个纳米颗粒，其中各个所述纳米颗粒包括所述铁磁材料和所述压电材料。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电场源包括：
电极；以及
连接在所述电极与所述数据存储介质之间的电压源。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电场源包括：
电极；以及
连接在所述电极与所述磁场源之间的电压源。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电场源包括：
第一和第二电极；以及
连接在所述第一与第二电极之间的电压源。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述铁磁材料包括其中0.30＜x＜0.33且1.8＜y＜2.2的TbxDy1-xFey、NiFe2O4、FePt、Co3Pt、Co/Pt多层、或Co合金之一；以及
所述压电材料包括PZT(PbZrTiO3)、PT(PbTiO3)、PZ(PbZrO3)、PLZT(PbLa)(ZrTi)O3、Pb(Mg，Nb)O3、Pb(Zn，Nb)O3、或Pb(Sc，Nb)O3之一。
11.一种数据存储方法，包括：
向包括压电材料和铁磁材料的数据存储介质的一部分施加电场以减小铁磁材料中的各向异性；以及
向所述数据存储介质的所述部分施加磁场，以转变所述数据存储介质中铁磁材料的畴的磁化方向，
其中所述铁磁材料包括磁性合金。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述数据存储介质包括：
与一个所述压电材料的层相邻的所述铁磁材料的层。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述数据存储介质包括：
在所述压电材料的基质中的所述铁磁材料的多个岛。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述数据存储介质包括：
非铁电和非压电材料的基质中的多个柱，其中各个所述柱包括所述铁磁材料的层和所述压电材料的层。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述数据存储介质包括：
在所述压电材料的基质中的多个铁磁纳米颗粒，或铁磁材料的基质中的多个压电纳米颗粒。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述数据存储介质包括：
在非铁电和非压电材料的基质中的多个纳米颗粒，其中各个所述纳米颗粒包括所述铁磁材料和所述压电材料。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电场通过使用所述电场源施加，所述电场源包括：
电极；以及
连接在所述电极与所述数据存储介质之间的电压源。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电场通过使用所述电场源施加，所述电场源包括：
电极；以及
连接在所述电极与所述磁场源之间的电压源。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电场通过使用所述电场源施加，所述电场源包括：
第一和第二电极；以及
连接在所述第一与第二电极之间的电压源。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述铁磁材料包括其中0.30＜x＜0.33且1.8＜y＜2.2的TbxDy1-xFey、NiFe2O4、FePt、Co3Pt、Co/Pt多层、或Co合金之一；以及
所述压电材料包括PZT(PbZrTiO3)、PT(PbTiO3)、PZ(PbZrO3)、PLZT(PbLa)(ZrTi)O3、Pb(Mg，Nb)O3、Pb(Zn，Nb)O3、或Pb(Sc，Nb)O3之一。
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