CN113039602B - 二维非晶态碳作为热辅助磁记录介质的外涂层 - Google Patents

Abstract

本公开总体上涉及二维非晶态碳(2DAC)涂层技术。更具体地，本公开涉及一种包括在基板上设置外涂层的记录装置，其中，所述外涂层包括结晶度(C)≤0.8的非晶态碳层。磁记录介质的外涂层具有良好的防腐蚀性能和高的热稳定性。公开的实施例旨在通过改善热辅助磁记录介质(HAMR)的性能来增加存储介质的面密度。

Description

二维非晶态碳作为热辅助磁记录介质的外涂层

技术领域

本公开总体上涉及二维非晶态碳(2DAC)涂层技术。更具体地，本公开涉及一种用于磁记录介质的外涂层，其提供了良好的抗腐蚀性能和高的热稳定性。公开的实施例旨在通过改善热辅助磁记录介质(HAMR)的性能来增加存储介质的面密度。

背景技术

现有技术中存在开发改进的磁记录介质并提供增强的磁记录介质的需求。

发明内容

根据第一主要方面，本公开提供了一种包括外涂层的磁记录介质装置，其中该外涂层包括结晶度(C)≤0.8的非晶态碳层。

根据第二主要方面，本公开提供了一种磁记录介质装置，该装置包括基板层；粘合层；散热层；柔软的底层；另一个底层；记录层；覆盖层；外涂层和润滑层，将外涂层施加到基板上，其中，所述外涂层包括结晶度(C)≤0.8的非晶态碳层。

根据第三主要方面，本公开提供了一种制造记录装置的方法，该方法包括将外涂层施加到基板上，其中所述外涂层包括结晶度(C)≤0.8的非晶态碳层。

根据第四主要方面，本公开提供一种制造磁记录介质装置的方法，该装置包括基板层；粘合层；散热层；柔软的底层；另一个底层；记录层；覆盖层；外涂层和润滑层，并将该外涂层施加到基材上，其中该外涂层包括结晶度(C)≤0.8的非晶态碳层。

附图说明

包含本文中并构成本说明书一部分的附图显示了本发明的示例性实施例，并且与以上给出的一般描述和以下给出的详细描述一起用于解释本发明的特征。

图1是根据本公开的一个实施例所公开的原子薄膜的复合材料的示意图，该复合材料显示了无规六边形环(不是石墨烯)，该六边形环显示了连续性和有序性。

图2显示了根据本公开的一个实施例的非晶态膜的TEM图像，其显示了六边形和非六边形。

图3显示了根据本公开的一个实施例通过原子力显微镜(AFM)测量的在氮化硼上所公开的碳膜的厚度。

图4显示了根据本公开的一个实施例的SiO₂上的非晶态膜和纳米晶体石墨烯的拉曼光谱。

图5显示了根据本公开的一个实施例的原子层厚度的非晶态碳(左)和石墨烯(右)的TEM衍射。

图6显示了根据本公开的一个实施例的公开的碳膜的透射率。

图7显示了根据本公开的一个实施例的2D非晶态膜的机械性能和悬浮碳膜的示范。

图8显示了根据本公开的一个实施例的2DAC的电学特性。

图9显示了根据本公开的一个实施例的在不同基板上生长的复合材料。

图10显示了根据本公开的一个实施例的Cu上的2DAC的X射线光电子能谱(XPS)。

图11显示了根据本公开的一个实施例在HAMR技术中使用的磁盘的示例性横截面。

图12显示了根据本公开的一个实施例所公开的外涂层的示例性水接触角。

图13是根据本公开的一个实施方案将商品碳外涂层的热稳定性与所公开的外涂层的热稳定性进行比较的图示。

图14显示了根据本公开的一个实施例用于HAMR介质中的磁头设计的示意图。

图15是根据本公开的一个实施例的将商业碳外涂层的反射率与所公开的外涂层的反射率进行比较的图示。

图16a是根据本公开的一个实施例转移到SiO₂/Si晶片上的单层非晶态碳(MAC)的图示。

图16b是根据本公开的一个实施例，悬挂在TEM网格上的MAC的SEM图像。

图16c是根据本公开的一个实施例在不同基板上生长的公开的非晶态碳的拉曼光谱图。

图16d是根据本公开的一个实施方案用于Cu生长的拉曼光谱图。

图16e是根据本公开的一个实施例，直接在不同基板上测量的C1s XPS光谱图。

图16f是根据本公开的一个实施例，在Cu上的高分辨率C1s XPS光谱图。

图17a显示了根据本公开的一个实施例的所公开的单层非晶态碳的单色HRTEM图像。

图17b显示了根据本公开一个实施例，图17a中的所选区域的大规模原子的分布。

图17c显示了根据本公开的一个实施例，由图17b中的红色正方形突出显示的放大区域。

图17d显示了根据本公开的一个实施例，通过每个碳原子的分布坐标计算出的一对相关函数。

图17e显示了根据本公开的一个实施例，石墨烯与所公开的单层非晶态碳之间的第一相邻原子的键长分布的对比。

图17f显示了根据本公开的一个实施例，MAC和石墨烯之间键角分布的统计直方图。

图18a显示了根据本公开的一个实施例的力-挠度曲线。

图18b显示了根据本公开的一个实施例，示例性膜的2D弹性刚度的直方图。

图18c显示了根据本公开的一个实施例，具有线性拟合(红线)和理论范围的2D弹性模量-预张力关系的曲线图。

图18d显示了根据本公开的一个实施例，在SiO₂/Si上的MAC层的理论模拟和AFM图像。

图18e显示了根据本公开的一个实施例，用于模拟的理论模型。

图18f显示了根据本公开的一个实施例，状态密度(DOS)模拟。

图19a显示了根据本公开的一个实施例，两端装置的SEM图像。

图19b显示了根据本公开的一个实施例，2D非晶态碳的光学透射率。

图19c显示了根据本公开的一个实施例，在五个不同温度下测量的非线性I-V曲线。

图19d显示了根据本公开的一个实施例，针对所测量的不同温度下的电阻率相对于栅电压的变化。

图19e显示了根据本公开的一个实施例，具有不同层数样品的电阻率随温度的变化。

图19f显示了根据本公开的一个实施例，偏移电阻率相对于功率的线性拟合。

具体实施方式

定义

在术语的定义偏离术语的常用含义的情况下，除非明确指出，否则申请人打算利用以下提供的定义。

应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述仅是示例性和说明性的，并不限制所要求保护的任何主题。在本申请中，单数的使用包括复数，除非另有明确说明。必须注意，在说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一”，“一个”和“所述”包括复数对象，除非上下文另外明确指出。在本申请中，除非另有说明，否则“或”的使用表示“和/或”。此外，术语“包括(including)”以及其他形式(例如“包括(include)”，“包括(includes)”和“包括(included)”)的使用不是限制性的。

为了本公开的目的，术语“包括”，术语“具有”，术语“包含”以及这些词的变体旨在为开放式的，并且意味着除所述列出的要素之外还可以存在其他要素。

为了本公开的目的，方向术语诸如“顶部”，“底部”，“上部”，“下部”，“上方”，“下方”，“左侧”，“右侧”，“水平”，““垂直”，“向上”，“向下”等仅用于方便描述本公开的各种实施例。本公开的实施例可以以各种方式定向。例如，附图中所示的图及设备等可以翻转，沿任何方向旋转90°、颠倒等。

为了本公开的目的，如果某个值或属性是通过使用该值、属性或其他因素执行数学计算或逻辑决策而得出的，则该“值”或“属性”是基于特定值、属性，条件或其他因素的满足。

为了本公开的目的，应当注意的是，为了提供更简洁的描述，本文给出的一些定量表达不以术语“约”来限定。应当理解，无论是否明确使用术语“约”，本文给出的每个数量均指代实际给定值，并且还指代根据合理推断的该给定值的近似值。本领域普通技术人员可以理解，包括由于这样的给定值的实验和/或测量条件而引起的近似值。

为了本公开的目的，术语“粘合强度”是指所公开的2DAC膜与其生长基板之间的粘合强度。它直接取决于这两种材料之间的粘合能，可以J/m²来衡量。

为了本公开的目的，术语“非晶态碳”是指不具有任何长程晶体结构的碳。

为了本公开的目的，术语“非晶态的”是指缺乏确定的形式或没有特定的形状或无形状。作为非晶态固体，非晶态是指缺乏晶体特有的长程有序的固体。

为了本公开的目的，术语“原子层厚度的非晶态碳”是指在平面中由约1-5个碳原子层组成的非晶态碳，主要在碳原子之间sp²键合并因此形成层。应当理解，可以将层堆叠，并且层的这种堆叠被认为在本发明的范围内。

为了本公开的目的，术语“碳涂层”是指沉积在基板上的碳层。

为了本公开的目的，术语“碳环尺寸”是指碳原子环的尺寸。在一些公开的实施方案中，一个碳环中的原子数可在4至9个原子之间变化。

为了本公开的目的，术语“接触角测量”是指测量表面疏水性的技术。在水滴的示例性公开实施方式中，可以从表面到水-空气界面测量该角度。小角度表示表面有利地吸引水，大角度表示表面排斥水。

为了本公开的目的，与计算机软件相反，其存储在诸如计算机硬件之类的硬件设备如硬盘中，术语“计算机硬件”和术语“硬件”是指计算机系统的数字电路和物理设备。普通用户看不到大多数计算机硬件，因为它已嵌入各种日常系统中，例如汽车、微波炉、心电图机、光盘播放器和视频游戏等。典型的个人计算机由塔形的外壳或机箱(台式)和以下部分组成：主板、CPU、RAM、固件、内部总线(PIC、PCI-E、USB、HyperTransport、CSI、AGP、VLB)、外部总线控制器(并行端口、串行端口、USB，火线、SCSI、PS/2、ISA、EISA、MCA)、电源、带冷却风扇的机箱控制、存储控制器(CD-ROM、DVD、DVD-ROM、DVD刻录机、DVD RAM驱动器、蓝光光碟、BD-ROM、BD刻录机、软盘、USB闪存、磁带机、SATA、SAS)、视频控制器、声卡、网络控制器(调制解调器、NIC)和外围设备包括鼠标、键盘、定位设备、游戏设备、扫描仪、网络摄像头、音频设备、打印机及显示器等。

为了本公开的目的，术语“计算机网络”是指一组互连的计算机。可以根据各种各样的特征对网络进行分类。按规模顺序排列的最常见计算机网络类型包括：个人局域网(PAN)、局域网(LAN)、校园网(CAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、全球区域网络(GAN)、互联网络(内联网、外联网、互联网)和各种类型的无线网络。所有网络均由基本的硬件构建块组成，以互连网络节点，例如网络接口卡(NIC)、网桥、集线器、交换机和路由器。此外，还需要一些连接这些构件的方法，通常采用电流电缆(最常见的是5类电缆)的形式。微波链路(如IEEE 802.11中)或光缆(“光纤”)较少见。

为了本公开的目的，术语“计算机软件”和术语“软件”是指在计算机系统上执行某些任务的一个或多个计算机程序、过程和文档。该术语包括诸如为用户执行生产任务的文字处理器之类的应用软件，诸如操作系统之类的系统软件，系统软件与硬件接口以为应用软件提供必要服务以及控制和协调分布式系统的中间件。软件可能包括网站、程序、视频游戏等，这些内容是通过C、C++及Java等编程语言编码的。计算机软件通常被视为除硬件之外的任何东西，这意味着“硬”部分是有形的(可握住)，而“软”部分是计算机内部的无形对象。所谓计算机软件是为了将其与计算机硬件区分开来，后者包含存储和执行(或运行)软件所需的物理互连和设备。在最低级别上，软件由特定于单个处理器的机器语言组成。机器语言由表示处理器指令的二进制值组组成，这些指令将计算机的状态从其先前状态更改。

为了本公开的目的，术语“计算机系统”是指实现软件的任何类型的计算机系统，包括诸如个人计算机、大型计算机、小型计算机等的单个计算机。另外，计算机系统是指任何类型的计算机网络，例如企业计算机网络、因特网、个人数据助手(PDA)、设备(例如手机、电视、视频游戏机、压缩音频或视频播放器(例如MP3播放器、DVD播放器)、微波炉等)。个人计算机是一种计算机系统，通常包括以下组件：塔形的外壳或机箱(台式)以及以下部件：主板、CPU、RAM、固件、内部总线(PIC、PCI-E、USB、超传输、CSI、AGP、VLB)、外部总线控制器(并行端口、串行端口、USB、火线、SCSI、PS/2、ISA、EISA、MCA)、电源、带冷却风扇的机箱控制、存储控制器(CD-ROM、DVD、DVD-ROM、D VD刻录机、DVD RAM驱动器、蓝光光碟、BD-ROM、BD刻录机、软盘、USB闪存、磁带机、SATA、SAS)、视频控制器、声卡、网络控制器(调制解调器、NIC)和外围设备，包括鼠标、键盘、指示设备、游戏设备、扫描仪、网络摄像头、音频设备、打印机、监视器等。

为了本公开的目的，术语“计算机”是指实现软件的任何类型的计算机或其他设备，包括诸如个人计算机、笔记本计算机、平板计算机、大型计算机、小型计算机等的个人计算机。计算机还指电子设备，例如电子科学仪器，例如光谱仪、智能手机、电子书阅读器、手机、电视、手持式电子游戏机、视频游戏机、压缩音频或视频播放器。此外，术语“计算机”是指任何类型的计算机网络，例如企业中的计算机网络、计算机银行、云及因特网。本公开的各种处理可以使用计算机来进行。本公开的各种功能可以由一台或多台计算机执行。

为了本公开的目的，术语“D/G比”是指拉曼光谱中D峰和G峰的强度之比。

为了本公开的目的，术语“数据存储介质”或“数据存储装置”是指可以在其上存储数据以供计算机系统使用的任何一种或多种介质。数据存储介质的示例包括软盘、Zip^TM磁盘、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R、存储棒、闪存、硬盘、固态磁盘、光盘等。为了本公开的目的，可以将类似于单个数据存储介质的两个或更多数据存储介质称为“数据存储介质”。数据存储介质可以是计算机的一部分。

就本公开而言，术语“数据”是指以适合于通信、解释或处理的形式化方式对信息进行可重新解释的表示。尽管一种普通类型的数据是计算机文件，但是数据也可以是流数据及Web服务等。术语“数据”用于表示一个或多个数据。

为了本公开的目的，术语“数据库”或“数据记录”是指存储在计算机系统中的记录或数据的结构化集合。该结构是通过根据数据库模型组织数据来实现的。现今最常用的模型是关系模型。诸如层次模型和网络模型之类的其他模型使用更明确的关系表示(请参见下面的各种数据库模型说明)。计算机数据库依靠软件来组织数据存储。该软件被称为数据库管理系统(DBMS)。数据库管理系统是根据它们支持的数据库模型进行分类的。该模型倾向于确定可用于访问数据库的查询语言。但是，DBMS的大量内部工程与数据模型无关，并且与管理因素有关，例如性能、并发性、完整性以及从硬件故障中恢复。在这些区域中，产品之间存在很大差异。

为了本公开的目的，术语“类金刚石碳”是指主要由碳原子之间的sp³键组成的非晶态碳。

为了本公开的目的，术语“分化干细胞”是指将非特定干细胞导向具有功能性状的特定类型细胞的过程。在公开的实施方案中，由于化学和基板诱导因素的组合而发生分化。

为了本公开的目的，术语“电化学电池(EC)”是指能够通过化学反应产生电能或以其他方式促进电能的装置。产生电流的电化学电池称为伏打电池或原电池，其他称为电解电池，用于驱动化学反应(例如电解)。原电池的一个常见示例是供消费者使用的标准1.5伏电池。电池可能包含一个或多个以并联或串联方式连接的单元。

为了本公开的目的，术语“燃料电池”是指通过氢燃料与氧气或另一种氧化剂的电化学反应将燃料的化学能转化为电的电化学电池。燃料电池与电池的区别在于需要连续的燃料和氧气(通常来自空气)来维持化学反应，而在电池中，化学能来自电池中已经存在的化学能。只要提供燃料和氧气，燃料电池就可以连续发电。

为了本公开的目的，术语“石墨烯”是指碳的同素异形体(形式)，其由布置成六边形晶格的单层碳原子组成。它是碳的许多其他同素异形体的基本结构元素，例如石墨、木炭、碳纳米管和富勒烯。可以将其视为无限大的芳族分子，这是平面多环芳族烃族的最终案例。石墨烯具有许多不同寻常的特性，包括其强大的材料特性，有效传导热量和电流的能力，并且几乎是透明的。

为了本公开的目的，术语“硬件和/或软件”是指可以由数字软件、数字硬件或数字硬件和数字软件的组合来执行的功能。本公开的各种特征可以通过硬件和/或软件来执行。

为了本公开的目的，术语“疏水的”是指倾向于排斥或不能与水混合。

为了本公开的目的，术语“疏水性”是指排斥水而不是吸收或溶解水的性质。

为了本公开的目的，术语“个体”是指个体哺乳动物，例如人。

为了本公开的目的，术语“因特网”是互连的计算机网络的全球系统，其通过使用标准化的因特网协议套组(TCP/IP)的包交互技术来交换数据。它是一个“网络的网络”，由数以百万计的局部到全球范围的私有、公共、学术、企业和政府网络组成，这些网络通过铜线、光缆、无线连接和其他技术进行链接。互联网承载各种信息资源和服务，例如电子邮件、在线聊天、文件传输和文件共享、在线游戏以及互连的超文本文档以及万维网(WWW)的其他资源。

为了本公开的目的，术语“内联网”指的是一组网络，它们使用互联网协议和基于IP的工具，例如在单个管理实体控制下的Web浏览器和文件传输应用程序。该管理实体向除特定的授权用户以外的所有用户关闭内联网。最常见的是，内联网是组织的内部网络。大型内联网通常将至少具有一个Web服务器，以向用户提供组织信息。内联网可能与互联网没有连接。如果连接到互联网，通常会保护互联网免受未经适当授权的互联网的访问。互联网不被视为内联网的一部分。

为了本公开的目的，术语“激光辅助化学气相沉积(CVD)”是指其中激光加热的基板暴露于一种或多种挥发性前驱体的合成方法，所述前驱体在表面上反应或分解为产生沉积。

为了本公开的目的，术语“局域网(LAN)”是指覆盖诸如住宅、办公室或建筑物之类的小地理区域的网络。当前的LAN最有可能基于以太网技术。服务器的电缆通常使用Cat 5e增强型电缆，该电缆将以1Gbit/s的速度支持IEEE 802.3。使用不同的IEEE协议802.11b、802.11g或可能的802.11n可以存在无线局域网。与WAN(广域网)相比，LAN的定义特征包括其较高的数据传输速率，较小的地理范围以及对租赁电信线路的需求。当前的以太网或其他IEEE 802.3LAN技术的运行速度高达10Gbit/s。

为了本公开的目的，术语“机器可读介质”是指能够存储、编码或携带用于由机器执行的指令有形或非暂时性介质，使得机器执行本公开的任何一种或多种方法，或者能够存储、编码或携带由此类指令使用或与之关联的数据结构。术语“机器可读介质”包括但不限于固态存储器以及光学和磁性介质。机器可读介质的特定示例包括非易失性存储器，例如包括半导体存储器设备，例如，EPROM、EEPROM和闪存设备；以及非易失性存储器，诸如内部硬盘和可移动磁盘之类的磁盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM磁盘。术语“机器可读介质”可以包括存储一个或多个指令或数据结构的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关的高速缓存和服务器)。

对于本公开的目的，术语“膜”指的是层作为选择性屏障，其可允许一些元件穿过，但阻止其他如分子、离子或其它小颗粒。

为了本公开的目的，术语“非暂时性存储介质”是指非暂时性的、有形的并且计算机可读的存储介质。非暂时性存储介质通常可以指本领域中已知的任何持久性介质，可以在该持久性介质上存储数据，并随后通过与该介质可操作耦合的数据处理电路来恢复该持久性介质。示例性非暂时性数据存储介质的非限制性非排他性列表可以包括磁性数据存储介质(例如，硬盘、数据带等)、固态半导体数据存储介质(例如，SDRAM、闪存、ROM)等)和光学数据存储介质(例如，光盘、DVD等)。

为了本公开的目的，术语“处理器”是指在计算机中执行基本操作的设备。微处理器是处理器的一个示例

为了本公开的目的，术语“拉曼光谱”是指用于观察系统中的振动、旋转和其他低频模式的光谱技术。拉曼光谱法通常用于化学中，以提供可用来鉴定分子的指纹结构。它依赖于单色光的非弹性散射或拉曼散射，通常来自可见光、近红外光或近紫外光范围内的激光。激光与系统中的分子振动、声子或其他激发相互作用，导致激光光子的能量上下移动。能量的变化给出了有关系统中振动模式的信息。

为了本公开的目的，术语“拉曼光谱”是指取决于分子的振子状态的散射强度相对于频率偏移的现象。为了使分子表现出拉曼效应，相对于与电子振动态相对应的振动坐标，其电偶极-电偶极极化率必须发生变化。拉曼散射的强度与该极化率变化成正比。

为了本公开的目的，术语“随机存取存储器(RAM)”是指计算机数据存储的一种。如今，它采用集成电路的形式，该集成电路允许以任何顺序，即随机地访问所存储的数据。因此，“随机”一词是指这样的事实：任何数据段都可以在固定时间内返回，而不管其物理位置以及是否与先前的数据段相关。这与依赖于记录介质或读取头的物理运动的诸如磁带、磁盘和光盘之类的存储机构形成对比。在这些设备中，移动要比数据传输花费更长的时间，并且恢复时间取决于下一项的物理位置而变化。RAM一词通常与易失性类型的存储器(例如DRAM存储器模块)相关联，此类型的信息会在关闭电源后丢失。但是，RAM还有许多其他类型的存储器，包括大多数类型的ROM和一种称为NOR-Flash的闪存。

为了本公开的目的，术语“sp³/sp²的比率”是指在2DAC中发现的碳键类型。sp²键允许更高的生长因子键。

为了本公开的目的，术语“只读存储器(ROM)”是指在计算机和其他电子设备中使用的一类存储介质。由于无法修改ROM中存储的数据(至少不能很快或很容易地修改)，因此它主要用于分发固件(与特定硬件紧密相关且不太可能需要频繁更新的软件)。从最严格的意义上讲，ROM仅指屏蔽式ROM(最旧的固态ROM)，它是用永久存储在其中的所需数据制成的，因此永远不能修改。但是，可以更多次擦除和重新编程诸如EPROM和闪存EEPROM等更现代的类型，它们仍被称为“只读存储器”，因为重新编程过程通常不频繁，相对较慢，并且通常不允许对单个存储器位置进行随机访问读写。

为了本公开的目的，术语“服务器”是指响应于跨计算机网络的请求以提供或帮助提供网络服务的系统(软件和合适的计算机硬件)。服务器可以在专用计算机(通常也称为“服务器”)上运行，但是许多联网的计算机都可以托管服务器。在许多情况下，一台计算机可以提供多种服务并可以运行多个服务器。服务器可以在客户端-服务器体系结构内运行，并且可以包括运行以服务于其他程序(客户端)请求的计算机程序。因此，服务器可以代表客户端执行某些任务。客户端通常通过网络连接到服务器，但可以在同一台计算机上运行。在互联网协议(IP)网络的上下文中，服务器是作为套接字侦听器运行的程序。服务器通常通过网络向大型组织内的私人用户或通过互联网向公共用户提供基本服务。典型的计算服务器是数据库服务器、文件服务器、邮件服务器、打印服务器、Web服务器，游戏服务器、应用程序服务器或某些其他类型的服务器。许多系统使用此客户端/服务器网络模型，包括网站和电子邮件服务。替代模型，对等网络的可以使所有计算机根据需要充当服务器或客户端。

为了本公开的目的，术语“固态电子设备”是指完全由固态材料构建的电路或设备，其中电子或其他电荷载体完全被限制在固态材料内。该术语通常与真空和气体放电管设备的早期技术形成对比，并且从术语“固态”中排除机电设备(继电器、开关、硬盘驱动器和其他带有移动部件的设备)也是常规做法。固态可以包括晶体、多晶和非晶态固体，是指电导体、绝缘体和半导体，而建筑材料通常是晶体半导体。常见的固态设备包括晶体管、微处理器芯片和RAM。闪存驱动器中使用了一种称为闪存RAM的特殊类型的RAM，近来，固态驱动器取代了机械旋转的磁盘硬盘驱动器。最近，集成电路(IC)、发光二极管(LED)和液晶显示器(LCD)已经发展为固态器件的其他示例。在固态组件中，电流仅限于专门设计用于开关和放大的固态元件和化合物。

为了本公开的目的，术语“存储介质”是指可以用于存储信息位的任何形式的存储。存储介质的示例包括易失性和非易失性存储器，例如MRRAM、MRRAM、ERAM、闪存、RFID标签、软盘、Zip^TM磁盘、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R。出于本公开的目的，可以将与单个数据存储介质起类似作用的两个或更多个存储介质称为“存储介质”。存储介质可以是计算机的一部分。

为了本公开的目的，术语“基板”是指所公开的二维(2D)非晶态碳膜的结构支撑。在选择的应用中，所公开的实施例提供了一种基板以机械地支撑例如2DAC膜，否则，2DAC膜可能太薄而无法无损地执行其功能。可以将基板视为用于在基板表面上生长所公开的2DAC或2DAC膜的材料。

为了本公开的目的，术语“二维(2D)非晶态碳膜”是指原子层厚度的非晶态碳至可能的最薄的非晶态碳，例如可以直接在例如具有低熔点温度的那些基板上生长，这些基板是非催化性的，并且这些基板也包括金属、玻璃和氧化物的表面。由于所公开的2DAC膜的生长温度低，使得在其他基板上的生长成为可能。2DAC膜的公开的实施方案可以如本文公开的那样以独立膜或在基板上的涂层的形式呈现。尽管公开的2DAC膜是非晶态的，但碳原子在平面上与多个相邻的碳原子键合以形成牢固的网络，即使从其生长板(独立式)释放出来，该网络也非常稳定。碳材料还具有很好地粘附到金属表面的特性，从而确保了整个基板的完全覆盖。所公开的2DAC薄膜的固有厚度和高强度还使其能够承受金属基板的弯曲而不会破裂。

为了本公开的目的，术语“二维(2D)非晶态碳涂层”是指直接生长和/或沉积在基板上的2DAC膜。公开的实施例还可以包括将2DAC涂层转移到基板上或从基板上转移的情况。

为了本公开的目的，术语“水接触角”指。

为了本公开的目的，术语“广域网(WAN)”是指覆盖相对广阔的地理区域(即，一个城市到另一个国家，一个国家到另一个国家)的数据通信网络，并且经常使用传输普通运营商提供的设施，例如电话公司。WAN技术通常在OSI参考模型的下三层起作用：物理层、数据链路层和网络层。

为了本公开的目的，术语“万维网联盟(W3C)”是指万维网的主要国际标准组织(简称WWW或W3)。它是一个联盟，成员组织保留专职人员，目的是在制定万维网标准时共同努力。W3C还从事教育和外展活动，开发软件并作为有关Web讨论的开放论坛。W3C标准包括：CSS、CGI、DOM、GRDDL、HTML、OWL、RDF、SVG、SISR、SOAP、SMIL、SRGS、SSML、VoiceXML、XHTML+Voice、WSDL、XACML XHTML、XML、XML事件、Xforms、XML信息、集合、XML模式、Xpath、Xquery和XSLT。

描述

尽管本发明易于进行各种修改和替代形式，但是其具体实施例已经在附图中通过示例的方式示出，并且将在下面进行详细描述。然而，应理解，其并非旨在将本发明限制为所公开的特定形式，而是相反，本发明将覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。

磁性介质在例如数据存储技术内被广泛使用。数据存储技术可用于多种应用中，包括例如个人计算机、云驱动系统、互联网实施等。面密度是硬盘容量的关键因素，是指可以存储在单位面积存储介质上的数据量。在一些应用中，可以通过切换存储介质中的磁位的方向将数据存储到存储介质中。为了增加表面密度，可以减小单个磁位的大小，这具有产生较弱的磁性信号和较低的信噪比的负面结果。为了克服这些信号挑战，需要使读取头更靠近磁性表面以改善信噪比。头到表面的距离在很大程度上取决于碳外涂层的厚度。当前技术中使用的保护层包括大约2.7nm.¹的厚度。为了达到下一代硬盘的存储密度大于1Tb/inch²，需要厚度小于1nm的碳保护层。另外，还希望在保护硬盘的同时保留硬盘的抗腐蚀性能。

随着存储介质的磁位变小，磁位需要具有更高的磁化强度。另外，磁性材料应保持高矫顽力以维持稳定的存储容量。使用材料的一个示例包括高磁晶各向异性(Ku)L1₀有序的FePt介质。²上述材料的高矫顽力使其能够使用很小的磁位来维持稳定的存储。但是，存储介质的操作会受到影响，因此，写入头更难翻转位的磁方向。通过开发和提供改进的热辅助磁记录装置，可以解决和克服使用这种磁性材料来提高记录介质的面存储密度的挑战。常规的HAMR技术通常在读/写头中插入一个集成激光器，以帮助将磁位加热到其居里温度，从而使磁位容易翻转。这有利于轻松写入数据。然而，在高温下的工作环境中，对于磁性器件来说，具有热稳定层以提供良好的防腐蚀保护是一个挑战。因此，当前现有技术中的碳外涂层在常规HAMR技术和工艺的加热条件下遭受结构变化和可能的损坏。本公开的实施方案提供了新的外涂层，以解决现有技术的缺点。

因此，如本文描述的，公开的实施方式提供了可以保护用于热辅助磁记录介质(HAMR)的下面的磁性记录层的非晶态碳层。所公开的非晶态碳层可以防止介质层的腐蚀并减少介质与写头之间的摩擦。在HAMR介质中，所公开的非晶态碳层可能会经历具有升高温度的环境，所公开的非晶态碳层在这样的热条件下是稳定的，并且能够改善HAMR介质的整体性能。

公开的实施例涉及一种新的复合材料，该新的复合材料由在基板(金属、玻璃、氧化物)顶部上的原子层厚度的(单层)非晶态碳组成。非晶态碳很好地粘附在其上生长的基板上。因此，非晶态碳材料提供了独特的特性。例如，所公开的非晶态碳材料适用于利用需要用于特定目的的涂层的基板应用。示例性应用可以包括但不限于生物医学应用。

本公开提供了一种新的碳形式，称为二维(2D)非晶态碳(2DAC)。公开的实施例提供了2DAC内可能的最薄的非晶态碳(例如，大约单个原子厚度)，其可以，例如，在包括具有低熔化温度的金属基板上直接生长，非催化的，还包括在玻璃和氧化物表面上生长。在一个选择的实施例中，具有单个原子厚度是一种优选的材料，并且可以为2DAC建立较低的厚度极限。公开的实施方案可以包括可以达到几个原子厚度(例如10个原子厚度或约3+nm)的厚度。所公开的2DAC可以为被提供的二维(2D)非晶态碳膜。然而，仍然要注意，随着所公开的2DAC的厚度增加，它在结构上与本文所公开的任何其他可能存在的非晶态碳材料厚度保持不同(例如，sp3与sp2之比)。

由于所公开的2DAC膜的生长温度低，使得在其他基板上的生长成为可能。尽管公开的2DAC膜是非晶态的，但碳原子在平面上与多个相邻的碳原子键合以形成牢固的网络，即使从其生长基板(独立式)释放出来，该网络也非常稳定。因此，每个碳原子键合至多个碳原子，从而具有高密度的键(连接)。所公开的2DAC还具有很好地粘附至金属表面的特性，从而确保了完全覆盖。诸如所公开的2DAC薄膜的固有厚度和高强度之类的材料特性(如下所公开)也使其能够承受金属基板的弯曲而不会破裂。

根据公开的实施方案，非晶态碳可以被定义为没有长程结构顺序的碳形式。它以多种形式存在，并且根据其形式，经常被用不同的名称来称呼，例如类金刚石碳、玻璃碳、炭黑等。非晶态碳可以通过多种技术生产，包括例如化学气相沉积、溅射沉积和阴极电弧沉积等。在常规应用中，非晶态碳始终以三维形式(或块状)存在。碳的二维等效形式是石墨烯；然而，石墨烯仅作为晶体材料存在(单晶或多晶)。对于要合成的石墨烯，它需要高温并且主要在铜上生长。根据本公开，所公开的实施例设法创建了连续的二维形式的非晶态碳，其在很低的温度下，任意基板上生长。所公开的2DAC膜和基板的复合材料具有与块状非晶态碳，甚至与单层石墨烯极大不同的特性。

所公开的2DAC的实施例可以以膜的形式存在，例如，涂覆基板、涂覆多孔结构内表面的膜、悬浮膜、压延膜、管、纤维或空心球。预期所公开的2DAC的机械、电学、光学、热和其他性质根据，例如，2DAC的形状而变化。例如，包括所公开2DAC的管将在轴向方向上具有高机械强度并且在径向方向上具有较软的响应。可以将公开的2DAC准备成各种形式，以将不同的属性用于单独的应用。

图1示出了所公开复合材料的示意图100及在基板顶部表面上碳材料的TEM图像。所公开物质的组成是在基板104(例如，金属或玻璃、氧化物)顶部上的原子层厚度的非晶态碳102的新复合材料。

所公开的复合材料可指在任意基板顶部上原子层厚度的2D非晶态碳(2DAC)。根据所公开的实施例，可以根据其原子结构和性质来限定在所公开基板之上所公开的2DAC膜。

如下给出对原子结构更仔细的检查和定义：图2示出了根据本公开一个实施例的非晶态膜的TEM图像，其示出六边形和非六边形。图2的左上图示出了所公开的包括六边形和非六边形的2DAC膜的高分辨率TEM图像。提供左上图像的TEM图像的左下示意图以帮助查看。六边形被涂成绿色，而非六边形被涂成红色或蓝色。右上方的显示屏是FFT，它显示了没有清晰衍射图样的环形结构。

参考图2的TEM图像，2DAC膜是在结构上具有六边形环和非六边形环的混合物的单原子层厚度的碳膜。环彼此完全连接，在面积至少为微米的大面积薄膜中形成多边形网络。六边形与非六边形的比率是结晶度(或非晶性)C的量度。非六边形为4-、5-、7-、8-及9-元环的形式。在大约8.0nm的最小成像区域上选取的2D非晶态膜C≤0.8。³图2中C值约为0.65。公开的实施例可以支持在0.5-0.8之间的C值范围并且包括0.5和0.8。这不同于石墨烯，其中，对于纯六边形网络，C＝1。非六边形可以随机分布在六边形矩阵内，也可以沿六边形域的边界形成。域不得大于5nm。图像的快速傅里叶变换(FFT)一定不能显示衍射点(图2，右上方)。2DAC可以从基板上释放出来以独立放置，也可以转移到其他基板上。因此，在一些实施例中，所公开的2DAC可以与基板的表面分离以获得独立的2DAC膜。

图3示出了通过AFM在氮化硼(BN)上隔离的公开2DAC膜的测量厚度(即，高度)。基于所公开的发明，以下特性适用：图3示出了所公开的转移到氮化硼(BN)的2DAC膜的AFM。所公开的2DAC的厚度约为

相当于石墨烯的厚度仅为1原子(当在BN上测量时，厚度范围从

不等，包括

和

)。厚度也由图2中的TEM图像证实。此外，发现该膜是均匀的。

图4示出了SiO₂上的非晶态膜和非晶石墨烯的拉曼光谱400。分离出膜的拉曼光谱没有显示2D峰(

2700cm^-1)，而是显示了宽的G峰(

1600cm^-1)和D峰(

1350cm^-1)。D和G峰的增宽通常表明从纳米晶石墨烯到非晶态膜的转变，如先前报道的⁴。从D和G峰的强度比来看，域尺寸估计为1-5nm的数量级⁴。拉曼光谱用作表征工具，以表示图2中的大面积TEM图像。

图5提供了根据本公开的一个实施例的原子层厚度的非晶态碳(左)和石墨烯(右)的TEM衍射的比较500。通过TEM衍射证实了关于所公开的分离膜的无定形性质的进一步证据，其中没有检测到明显的衍射斑点，这与石墨烯相反，其中石墨烯清楚地观察到了指示结晶度的衍射斑点。图7(顶部)中的衍射环表示域尺寸<5nm。非晶态膜的衍射数据与图2中FFT图一致。在这种情况下，2DAC膜是独立的。

参照图6，曲线图600示出了根据本公开一个实施例所公开的碳膜的透明度。在550nm的光波长下，光学透明度为

98％，随着波长的增加，透明度也随之增加。因此，选择的实施例在550nm或更高的波长下提供等于或大于98％的光学透明度。再次，所公开的碳膜不同于石墨烯，因为在整个可见波长(400nm-700nm，包括端值)中，单层石墨烯的透明度最大为97.7％，并且随着层数的增加而降低。值得注意的是，如在石墨烯中所见，2DAC膜的透明度在短波长(<400nm)下不会迅速降低。

悬浮膜的弹性模量E高于200GPa，高于块体玻璃碳(E＝60GPa)⁵。机械破坏前的极限应变为10％，远高于其他非晶态碳的报道。图7示出了通过原子力显微镜(AFM)(例如，Bruker型号：MPP-11120)尖端施加极限应力之后的悬浮碳膜和悬浮碳膜上的非压痕。所公开的2DAC膜的非晶性质防止了图7(底部)中的悬浮膜的塌陷。取而代之，薄膜显示出对极限应力水平的韧性响应。

所公开发明的2DAC薄膜具有高电阻，其电阻率的范围为0.01至1000Ω-cm，取决于C的值，该值由生长条件调整。图8是2D非晶态碳的电特性的示意图800，示出了2D非晶态膜的I-V曲线802和针对特定C值测量的电阻率值的直方图804。测量技术/方法用于产生电阻率值。在根据I-V曲线802的数据进行的计算中使用比率，以获得直方图804中的每个电阻率数据点。因此，图8中2D非晶态碳的长度与宽度之比为1：100。相比之下，石墨烯的电阻率值为

10^-6Ω-cm，而块状玻璃碳(也是100％C-C sp²)的电阻率值为0.01-0.001Ω-cm。

包含≥6的n元环的单层膜自然是一种膜，其可以选择性地通过气体、离子、液体或其他物质，其尺寸小到足以通过7、8、9元环。特别是，所公开的2DAC膜在室温下通过质子的效率比结晶单层氮化硼高10倍⁶。对于所公开的2DAC膜，质子流经膜的电阻率在室温下为1-10Ω-cm²。

图9示出了根据本公开一个实施例在不同基板上生长的复合材料。左侧显示了涂有原子层厚度的非晶态碳的钛、玻璃和铜的图片。在右上方，显示了来自涂层区域的拉曼光谱，无论基板如何，都显示出相似的响应。最后，在右下方显示的是钛顶部2DAC膜的G/D峰比的拉曼图，显示了其全部覆盖范围。所公开的复合材料(即所公开的2DAC和基板)可以从任何金属(催化的或非催化的)或在玻璃或氧化物上制成。因此，公开的实施例提供了2DAC可以直接在任何公开的期望基板材料上生长。这与石墨烯不同，石墨烯只能在催化性基板(例如铜)上生长，并且需要转移到所有其他基板上。因此，与厚度不能小于1nm才能被认为是连续的无定形或类金刚石碳的沉积方法相比，所公开的复合材料包括原子层厚度(＜1nm)和二维非晶态碳的连续层，与基体基板牢固地结合在一起。

通常，当基板上膜的粘合性差时，膜的区域可能会与基板分离，因此，将为基板提供差的保护或几乎没有保护作用。因此，本公开实施例提供了一种改进的膜，该膜在基板的整个施加表面上提供均匀性和强粘附性。因此，所公开的2DAC膜优选在基本上整个基板表面上或至少在所施加的表面上形成为连续膜。与传统设计(例如石墨烯，例如在Cu中)很容易分离(例如，粘附力为10-100J/m²)不同，所公开的原子薄2DAC膜(例如，沉积在Cu上)很好地粘附于基板上，粘附能>200J/m²。⁷该实施例提供了进一步的证据来区分公开的2DAC膜和石墨烯。(尽管描述了Cu基板的示例性实施例，但是可以根据本发明公开的实施例将公开的2DAC应用于任何基板的实施例。)此外，在公开2DAC生长的所有基板材料中，粘附能是明显的。生长的基材包括，例如，不锈钢、钛、玻璃、镍和铝基板。应当理解，以上基板是示例性的，本公开的教导可以应用于期望的任何基板。

通常，通过常规材料和工艺将任何2D材料转移到材料上的任何尝试先前已导致，例如，在转移材料中缺陷和裂缝，并且还降低了基板上的覆盖率。这至少部分是由于以下事实：转移过程通常采用许多机械步骤，并且可能使用在常规薄膜应用中会引起裂纹和缺陷的化学物质。然而，所公开的2DAC膜不需要，例如，从生长基板转移到目标基板。除了所公开的2DAC膜改进的粘附特性之外，所公开的2DAC膜增强的特性还提供并确保直接横贯/在整个基板上均匀且完全覆盖。从而至少由于不需要转移所公开的2DAC膜而获得了一致且完全的覆盖，因为它完全能够一致且成功地直接在基体基板上生长。

被设计为提供这种可靠的覆盖，连同其对粘附到基板(例如碳)的优异机械性能一起，所公开的2DAC膜非常适合并且可靠地用于需要2DAC薄膜和复合材料的附加物理特性/要求的应用中。这样的物理特性可以包括所公开的2DAC膜和/或复合材料弯曲和/或拉伸的能力。所公开的2DAC对基板的粘附特性和能力确保了这种情况。如果对基板的粘附力不均匀(如转移的薄膜一样)，则薄膜的裂缝会在粘附力较差的区域形成，并容易造成故障。

因此，所公开发明的实施例提供了覆盖整个基板104并在其上生长顶部非晶态碳膜102(图9的拉曼图)，使其对于需要例如碳涂层的应用非常有用。顶部非晶态碳膜102还用作没有缺陷的扩散阻挡层，从而防止下面的基板氧化和腐蚀。由于电绝缘性质，所公开的非晶态碳膜102防止了基板104的任何电腐蚀。如最近的报道所观察到的那样，所公开2DAC的低电导率有利于细胞附着和增殖⁸。导电基板上的细胞通过静电相互作用粘附于表面，而不会产生黏着斑。黏着斑对于细胞增殖和生长至关重要，而低电导率对于黏着斑发展和细胞增殖是优选的。如通过拉曼光谱D/G峰强度和sp³/sp²比所观察到的，低电导率是所公开2DAC的非晶性质的结果。

相反，已知石墨烯会使长期腐蚀恶化⁹。石墨烯的转移使得几乎不可能在不沿表面产生裂纹和缺陷的情况下形成平坦的连续膜。所公开的非晶态碳膜102材料与基板104的复合材料，从而消除了转移的需要并消除了在膜102中产生裂纹的风险。

所公开的2DAC膜由类似于玻璃碳的sp²键合碳组成；然而，其厚度仅约一个原子层厚度

比任何常规报道的无定形碳结构都要薄。图10示出了Cu上的2D非晶态碳的X射线光电子能谱(XPS)测量，其中峰位置指示sp²或sp³键合类型，而峰强度指示每种键的比例。尽管最大的C-C sp³含量设置为20％，但也可以在不牺牲厚度的情况下C-C sp²和sp³键的混合浓度是可能的。所公开的2DAC薄结构和强附着力始终在本质上保护下面的基板，这与较厚的薄膜不同，在较厚的薄膜中，剥落的可能性显而易见¹⁰。

根据公开的实施方案，使用烃作为前驱体(例如CH₄、C₂H₂等)的基于激光的生长过程产生了公开的复合膜。氢气(H₂)和氩气(Ar)也可以与前驱体混合。在此过程中，激光具有两个作用：(1)作为在称为光解分解的过程中分解前驱气体的能量来源；(2)作为局部热源。假设一个或两个前述作用产生了所公开的2DAC膜：在第一种情况下，据说基板104在整个生长过程中处于室温；在第二种情况下，激光可以将基板104加热到500℃。通常，根据所使用的基板，脉冲准分子紫外激光(例如193、248或308nm)可以在不同的生长时间以大约50–1000mJ/cm²的通量被引导到基板上或与基板平行。生产公开的复合材料的其他可能的组合可以包括利用激光、等离子体和/或基板加热器的任何组合。可以使用加热器将基板104加热到500℃。可以使用等离子功率，其范围为1-100W，包括1和100W。使用碳氢化合物作为前驱物的典型组合如下：(i)仅激光；(ii)激光+低功率等离子体(5W)；(iii)激光+低功率等离子体(5W)+加热器(300℃–500℃)；(iv)低功率等离子体(5W)+500℃加热器；(v)仅高功率等离子体(100W)。

根据公开的实施例，可以在腔室内执行公开的2DAC和2DAC复合材料的整个生长/沉积。用于加热、等离子体、气体流量和压力控制的模块都可以在用于受控生长环境的腔室内设置和建立。根据一个实施例，腔室的过程压力可以被建立在10至1E-4mbar的范围内，并且包括10和1E-4mbar。

所公开的2DAC的工艺参数可以包括以下：(i)工艺气体：CH₄(ii)腔室压力：2.0E-2mbar；(iii)激光通量：70mJ/cm²；(iv)生长时间：1分钟；(v)等离子功率：5W；(vi)基板：铜箔。

用于生产所公开2DAC膜的方法可以在生长室内使用甲烷(CH₄)用于生长过程。在生长期间，腔室内的气压始终控制在2E-2mbar。该气体存在于以5W功率运行的等离子发生器中。当248nm准分子激光以70mJ/cm²的能量密度和50Hz的脉冲频率暴露在铜箔基板的表面上时，生长开始。激光曝光时间(即生长持续时间)设置为1分钟，以便在基板上获得连续的2DAC涂层。在这种增长中，不使用载物台加热器。可以调整此处公开的多个参数，以控制和/或更改所公开的2DAC的属性，包括但不限于，碳氢化合物作为前驱体，前驱体混合、光解过程和设备的调节、温度调控、基板温度调节、C值的变化，原子层数的变化、sp²与sp³的比率变化以及与基板的附着力变化。

所公开的碳膜可以被构造为具有最小的厚度，从而确保在所使用的期间，所公开基板的金属表面被一致且完全地覆盖。在一个示例性实施例中，所公开的2DAC厚度可以被设计为大约一个原子层厚度。所公开的碳膜102可以直接在例如不锈钢和钛材料的几个基板104上生长。因为生长是在比如石墨烯合成低得多的温度下完成的，所以所公开的2DAC可以直接生长到不能承受高温的其他基板104，例如玻璃和硬盘¹¹。所公开的2DAC膜102是超强的并牢固地限制在基板104上，使其适用于可能需要变形(例如弯曲和拉伸)的应用。所公开的2DAC膜增强的强机械性能是由于其缺乏晶界。与增强腐蚀的石墨烯不同，所公开的碳膜102的绝缘性质防止了基板104的电化腐蚀。从TEM图像中可以看到，碳膜的7、8和9元环可作为有效的气体膜或质子传输膜⁶。

根据所公开发明的选定实施例，例如，当基板不适合在其上生长时，可以将所公开的2DAC作为独立的情况来生成，并且因此需要转移所公开的2DAC。可以采用用于转移所公开的2DAC 1202的合适方法和技术，例如专利申请：Defect-free direct drydelaminationof cvd graphene using a polarized ferroelectric polymer WO2016126208A1中所述的干转移。其他转移方法可以包括但不限于热释放带、压敏粘合剂、旋涂、涂和Langmuir-Blodgett技术。

然而，本公开的其他优点在于，在一些实施例中，所公开的2DAC可以直接在基板上生长。例如，与用于转移过程的石墨烯相比，所公开的2DAC膜的这种益处在于所公开的2DAC膜不需要牺牲的支撑层来进行转移(与石墨烯不同)。对于石墨烯，需要薄膜层以防止在转印过程中出现裂纹和缺陷，然后需要将薄膜层去除。即使去除，来自牺牲层上的残留物也无法完全去除。利用所公开的2DAC，可以在没有牺牲层的情况下完成转移，而不会引起缺陷并且不会处理残渣或损害结构。

该2DAC层的公开实施例的优点可以在各种各样的应用中实现，包括但不限于，HAMR介质技术中采用的无定形碳外涂层，例如，作为一种底层磁性记录层的保护剂。这样的应用利用了所公开的2DAC层的优点，该层包括，例如，具有C值低于或等于0.8的非晶体结构中的示例性碳原子单层。再次参考所公开的2DAC层(例如，图2中所示的2DAC膜)的非晶性质，连续的碳膜以无规图案布置，其允许质子的超高横向电导在大约0.1-10S/cm²之间。

所公开发明的实施例提供一种保护HAMR介质的底层磁性记录层的外涂层。外涂层可以用作上述公开的2DAC层。图11示出了根据一个公开实施例的HAMR记录设备1100的示例性侧视横截面图。容易理解，示出所公开层的示例性HAMR器件1100的厚度不一定与实际器件成比例。在示例性实施例中，HAMR设备1100的整体构造可以包括基板层1102、粘合层1104、散热层1106、柔软的底层1108、另一个底层1110、记录层1112、覆盖层1114、外涂层1116和润滑层1118。

基底层1102可以包括玻璃、金属基板(例如，铝)或其他基础材料(例如材料的氧化物)。可以利用粘合层1104来减少顶层的分层并改善平坦度^1,15。可以在粘合层1104上放置一个散热层1106，并提供该散热层以消散热量，例如，在HAMR操作期间，来自所使用的激光器的热量。诸如软磁性层之类的柔软的底层1108可以被设置在，例如，散热层1106上方，以在操作期间为磁通量提供返回路径。在一些公开的实施例中，可以利用另一个底层1110，例如，将其布置在柔软的底层1108上。底层1110可以包括阻挡层和种子层以及在不同领域中的有序降温层。记录层1112可以设置在底层1110上。覆盖层1114可以被使用并被放置在记录层1112上。覆盖层1114利用磁性材料，同时为记录层提供保护。外涂层1116，例如上述公开的2DAC层，可设置在覆盖层1114上。因此，外涂层1116可被视为公开的2DAC外涂层，以提供抗腐蚀和抗磨损保护。可以在外涂层1116上采用润滑层1118，以减少头部和介质表面之间的摩擦，从而减少外涂层1116的磨损。

摩擦学说明

为了增加磁记录介质的存储面密度，需要较小的磁位。随着磁位尺寸的减小，磁性信号也将减小并且导致信噪比降低。为了增加信噪比，所公开的实施例要求使读取头更靠近磁记录介质。公开发明的外涂层1116可以包括大约一个原子厚度至几个原子的厚度。因此，上述厚度范围可以包括大约0.2nm至大约2nm的厚度。公开的外涂层1116的厚度范围可以显著减小磁位尺寸的下限。因此，本公开的外涂层1116在一个实施例中可以由一个碳原子层组成，而在另一实施例中可以由几个碳原子层组成。所公开的外涂层1116，例如本公开的2DAC层，可以设置在覆盖层1114上。外涂层1116被设计为在保持低的表面粗糙度的同时提供对所施加的表面改进的粘附性。在一些实施例中，外涂层1116在记录表面粗糙度上的沉积小于

抗腐蚀

在公开的实施例中，硬盘可包含以下全部或一些层：覆盖层1114、碳外涂层1116和润滑层1118。上述各层的一个主要功能是保护硬盘不受周围环境的腐蚀。对于经受例如HAMR技术的磁性硬盘而言尤其如此，其中磁性硬盘经历暴露于升高温度的热环境。发生腐蚀的主要原因之一是由于周围环境中的水分子。这样的水分子促进电腐蚀。普通碳外涂层的导电性还通过为磁位的氧化产生的电子提供返回路径来提高腐蚀速度。由于潮湿环境中水的毛细管滞留，粗糙的表面结构会加剧腐蚀。根据所公开的技术，所公开的2DAC的外涂层1116具有绝缘特性。在一些公开的实施例中，提供诸如公开的2DAC层的外涂层1116，其具有在大约10²-10⁵Ω·cm之间的电阻率，这有助于降低电腐蚀效应。例如，如图12所示，外涂层1116的水接触角大约为60°，表明良好的疏水性表面(例如，参见图12)。公开的外涂层1116表面的疏水性将有助于减少水弯液面的形成，并因此减少对环境中水的吸引。由公开碳外涂层1116引起的低粗糙度将进一步减少腐蚀并且为数据提供稳定的存储。

化学和热稳定性

碳外涂层1116，例如本公开公开的2DAC，由超过99％的碳组成，这些碳通过C-CSp²键结合在一起。碳表面上键合的O和H少于1％。

在操作中，HAMR介质的介质表面可能会经历快速的局部加热和冷却。在一些示例性实施方式中，可以将尺寸小于30纳米的斑点在5ns至200ns内加热至400℃，然后冷却至室温。对于这样的过程，温度的上升速度可能会达到10¹¹K/s^13,14。在现有技术的设计中，常规的碳外涂层同时包含Sp³和Sp²键。由于温度的快速升高，碳原子之间的Sp³键将经历石墨化转变，在此过程中，Sp³键将转变为Sp²键，从而形成壳簇和不连续的表面。或者，外涂层1116，例如所公开的2DAC，包含大于99％的Sp²碳键。公开的2DAC在高达700℃的温度下稳定，并退火2小时以上。即使在高升温速率下也不会获得键变化。因此，包括所公开的2DAC所公开的外涂层1116的实施例可以经受HAMR介质所采用的升高的工作温度，并且在增强外涂层表面的抗腐蚀性能的同时为其提供热稳定性。

图13示出了图1300，其比较了商业碳外涂层(CoC)1302和本公开的外涂层1116之间的热稳定性。该图绘制了当激光照射硬盘上的外涂层时，两个外涂层的拉曼分布得出的I_D/I_G比率的变化。如图所示，在日益增加的规定激光功率下，商品碳外涂层1302经历I_D/I_G比的突然变化，这表明石墨化。另一方面，外涂层1116大致维持相同的比率，表明其优异的热稳定性能。

摩擦

外涂层还用于硬盘装置中，以提供类似保险杠的表面。当硬盘处于运行状态时，就像滑块开始移动时一样，可能会出现接触-开始-停止移动。在开始和停止期间，读/写头通常会与硬盘表面接触。因此，优选具有足够低摩擦的材料以防止界面处的过度磨损。公开的外涂层1116旨在满足摩擦学要求，以提供较小的摩擦力和抗弱化的表面。在一个实施例中，外涂层1116包括大约0.2-0.4的摩擦范围，该摩擦范围适合于代替当前的商业碳外涂层使用。

透明度

图14示出了用于HAMR装置的普通头部设计的示例性横截面侧视图1400。在写操作期间，磁记录位1402被激光器1404加热。激光器1404可以被引导到接口1406并且穿过近场换能器1408，该近场换能器将聚焦的光提供到大约小于30纳米的光斑尺寸。激光器1404被集成到头部上，并且为了节省能量和更容易制造，优选地将激光器1404设置成实现尽可能低的激光功率。激光器1404可以是紫外光、可见光或红外光。在常规布置中，在到达磁位之前，激光器1404通常将穿过润滑层1118和外部涂层1116。通常，由于层的反射而发生能量损失。对于常规的商业碳外涂层，对于波数在2000cm^-1附近的光，光的反射率约为65％(US8760980 B2)¹⁶。本公开提供了反射率小于5％的碳外涂层1116，例如，在紫外线(UV)区域中，如图15的图表1500所示，在其他区域中更少。因此，由于本公开的实施例，HAMR应用所需的激光功率能够降低。

所公开的外涂层1116，例如2DAC，具有高的平面外热导率特性，同时还具有较低的横向热导率特性。所公开的2DAC的垂直导电性增加了外涂层1116和磁性层之间的热耦合，并且还增加了加热效率。所公开的2DAC的低横向导热率特性将加热限制在局部范围内，并允许外涂层1116在较小的热斑内实现较高的温度梯度。

因此，本实施方式公开的无定形材料具有可以被认为具有很大的实际重要性的基本特性。但是，传统的对话和理解仍然缺少基本的理解框架，即使是从理论上也是如此。但是，所公开的发明不仅考虑了，而且演示了通过激光辅助化学气相沉积法合成独立、连续且空气稳定的单层非晶态碳(MAC)的方法¹⁷。原子级TEM成像揭示了完整的sp²结构，具有键长和角度分布均很宽，完全没有任何长程周期性。缺乏结晶度会导致安德森(Anderson)绝缘相，安德森(Anderson)绝缘相的隧穿和薄层电阻值均类似于h-BN。另外，与石墨烯不同，所公开的碳膜的柔韧性大大增加而不损害其断裂强度。公开的实施方案首次展示了独立式MAC的合成，并提供了对其形成、原子结构和物理性质的重要见解。这为利用原子层厚度的非晶态膜实现更广泛的应用提供了可能性，这是2D晶体材料或3D无定形材料都无法实现的。示例包括热辅助磁记录(HAMR)、质子阻挡材料甚至干细胞研究。

尽管2D领域的快速发展导致2D晶体膜的广泛资料库，但以前尚未报道过稳定、独立的2D MAC。与它们的晶体对应物不同，无规键合结构通常会导致结构上弱且具有反应性的不稳定薄膜。例如，合成了超薄石英玻璃，但由双层四面体组成。更重要的是，已证明将层间范德华斯与其(金属)生长基板耦合是其稳定性必不可少的¹⁸。这使得建立其基本物理特性来探索和扩展其应用潜力都很困难。

根据公开的实施例，为MAC开发了激光辅助化学气相沉积(CVD)生长工艺。该过程适用于任意基板。在低至200℃的基板温度下，可在30秒以内完全覆盖薄膜。由于激光是唯一的热源，因此可以根据需要调整过程的持续时间和温度，例如，以便进一步完善。这样公开的膜可以容易地从其生长基板转移而不牺牲稳定性。为简单起见，除非另外说明，否则公开的实施例主要讨论在铜箔上生长的MAC膜的代表性数据。与多晶2D晶体(例如石墨烯(PG)或h-Bn(PG))不同，MAC即使在液体表面上也可以独立放置，而无需支撑聚合物。如果没有聚合物载体，PG在湿传输过程中会在其晶界处变弱，并在水的表面张力作用下坍塌。在没有机械支持的情况下释放MAC可以减少与转移相关的缺陷，并实现无残留转移。图16a和b分别示出了在SiO₂/Si晶片和TEM网格上的转移样品是均匀和连续的。具体地，图16a是转移到SiO₂/Si晶片上的单层非晶态碳(MAC)的图示。图16b是悬浮在具有2.5μm直径孔的TEM网格上的MAC的SEM图像的图示。没有证据表明通常在2D层转移时会观察到多层区域或皱纹。SEM下均匀的对比度也表明均匀的电子电导率。图16c示出了在不同基板上生长的非晶态碳的拉曼光谱，其中对Cu和Au的测量在转移到SiO₂膜上进行，而直接在Ru上进行测量。图16d示出了用于Cu生长的拉曼光谱，其显示了具有拟合曲线和I(D)/I(G)比为0.82的D和G带。图16e是直接在不同基板上测量的C1s XPS光谱的图示。图16f是在Cu上的高分辨率C1s XPS光谱的图示，其中拟合曲线显示了在284.0eV的单个Csp2峰。首先通过拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)测量生长的MAC来表征在不同金属基板上的样品。所有样品都具有几乎相同的拉曼光谱和XPS光谱，表明MAC的结构确实与基板无关(图16c，16e)。此外，结晶碳中在

2680cm^-1处明显的拉曼2D带可忽略不计，强烈暗示缺乏任何长程有序²⁰(图16d)(SI)。同样显示，图16f中的1s X射线光电子能谱(XPS)光谱示出了MAC中的键仅是C sp²。

为了直接确定碳原子的确切排列，公开的实施方案利用像差校正的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)。图17针对所公开的单层非晶态碳的形貌。图17a是所公开的单层非晶态碳的单色HRTEM图像。为了消除任何碳再沉积，样品在700℃下成像。由于减少了色差，因此可以在图像中清晰地看到每个碳原子。图17b示出了图17a中的所选区域的大规模逐原子分布。五边形、八边形和变形的六边形无处不在。图像的对比度被反转并且被伪彩色以提高可见度。图17c示出了由图17b中的空心红色正方形突出显示的放大区域。五边形、八边形和变形的六边形分别被着色为红色、蓝色和绿色。精确测量每个五边形的键长和键角，表明键长和键角都有很宽的分布，这是单分子层的无序特征。图17d示出了通过每个碳原子的分布坐标计算出的对相关函数。以相似条件和相同分布算法成像的石墨烯作为参考。图17e说明了石墨烯与所公开的单层非晶态碳之间的第一相邻原子的键长分布的比较。由于图像像差和算法误差，该峰在石墨烯中不是明显的三角函数，但仍以1.4A为中心，变化很小。相反，所公开的非晶态碳层具有从0.9-1.8A的宽得多的变化。图17f示出了MAC与石墨烯之间的键角分布的统计直方图。

所公开的HRTEM图像揭示了以5元、7元和8元环形式的相连的六边形和非六边形结构的存在(图17a-c)。至关重要的是，观察到的晶格无序是随机分布的；鲜明的对比存在与缺陷石墨烯中的缺陷或晶体之间界面处的晶界²¹。尽管可以通过TEM轻松确定稳定晶体的晶格结构，但无法直接成像非晶结构，因为不存在2D非晶直到最近。对于非晶态网络的组成知之甚少，应采用非晶态的定量测量作为标准参考。利希滕斯坦(Lichtenstein)等人，最近定义样品的结晶度(或“非晶性”)为六边形总数N6与多边形总数之比²²；

对于一个完美的晶体，C等于1。另一方面，Jain和Barkema对各向同性三重连接随机网络的模拟表明，理论非晶极限为

所公开的MAC非常类似于这样的网络，其C值为0.60-0.65，在8nm²的平均面积上的平均值为C＝0.64±0.03(参见图17a-c以进行彩色编码的环尺寸分析和环尺寸分布)。因此，所公开的实施例显然接近理论极限。公开的实施例还评估了相邻碳原子的对相关函数，并观察到它们在第二近邻之外迅速消失(图17d-f)。这直接证实了远程周期性有序的丧失。此外，MAC中的碳sp²键同样严重扭曲，在

范围内表现出较大的键长变化，并且在平面内和平面外的键角均存在较大偏差。令人惊讶的是，由于发生在石墨烯晶体上25-30％的理论断裂应变，变形刚好在

和135°24以下，比所实际获得变形的小得多。此外，将悬浮的MAC在700℃下退火并暴露于60keV电子辐射而没有可见的损害，特别是因为公开的实施方案没有观察到TEM引起的Stone-Wales缺陷或空位。

公开的实施方案通过使用带有金刚石尖端的原子力显微镜(AFM)的压痕实验更详细地研究了这种悬浮MAC膜的机械性能。当压入力大约为200nN(类似于PG)时，MAC断裂，断裂载荷比单晶石墨烯(SG)或h-bN²⁵低约一个数量级。

图18a示出了用于计算E_2D和预拉力值的力-挠度曲线以及对等式(2)的曲线拟合。左插图是对悬浮在直径2.5μm井中MAC的AFM扫描。青色线是沿着中心的高度轮廓，与井壁的附着深度为10.0nm。比例尺为1μm。右插图示出了MAC中心的压痕断裂。青色线是沿中心的高度轮廓。图像宽度为500nm。立即清楚的是，压痕破裂是受限制的并且不会传播(图18a)。这与任何其他晶体2D材料(例如PG或h-BN)形成鲜明对比，晶体2D材料总是会由于裂纹在晶界处的扩展而坍塌(另请参见SI)。这意味着PG是脆的，并且在断裂时会失效，甚至没有接近其固有的高强度，而所公开的MAC即使在断裂时也能保持其强度。这意味着所公开的MAC的断裂韧性明显高于包括PG²⁶在内的大多数2D晶体的断裂韧性。

图18b示出了所研究的39个示例性膜的2D弹性刚度直方图。预张力与2D弹性刚度(E2D)之间存在相关性，导致E_2D＝63–161Nm^-1的范围很广。图18c示出了图示具有线性拟合(红线)和理论范围(蓝带)的2D弹性模量与预张力关系的曲线图。所得到的非线性但完全可逆的E2D随预张力的增加而增加了刚度(图18c)，这是聚合物网络而不是连续片材的典型特征。所公开的MAC随着拉伸而从软材料改变为硬材料，并且指向比石墨烯更具柔性且未拉伸的MAC。

接下来，公开的实施例通过AFM识别MAC的厚度。在这里，多次湿转移用于在SiO₂/Si上实现MAC的重叠层，并从基板相互作用中排除伪迹。转到图18d中，俯视图显示了平面外结构弛豫从3.4的平面内厚度增加单层厚度的理论模拟。图18d的底部示出了SiO₂/Si上的1-3层MAC的AFM图像。青色虚线表示重叠高度轮廓的线扫描位置。插图：图像宽度为3μm。根据这些测量，测量到0.6nm的台阶高度(图18d)。在原子平面六边形氮化硼(h-BN)表面上测量的单个MAC层的台阶高度为0.58nm台阶高度。根据公开的实施例，在其他表面上生长的MAC的台阶高度是相似的。例如，在金上生长的MAC大约为0.6nm厚(SI中的详细信息)。

为了更好地理解所有改进和非期望特性的起源，所公开的实施例转向借助于DFT的理论建模。下面总结了关键结果，并参考有关SI建模的详细信息。首先，观察到MAC层之间的大原子间距为0.65nm，这是由于非晶结构的短程褶皱引起的，与AFM台阶高度测量非常吻合。这几乎是石墨烯的两倍，并且与磷化氢(bP)相似，磷化氢(bP)的(周期性)脊层结构导致膜厚度为0.6nm。

对TEM图像更仔细的分析表明，TEM平面内投影的极限键参数实际上是由较大的平面外变形(皱纹)建立的。这解释了根据公开实施方案的高应变键的出乎意料的稳定性。实际上，六边形sp²碳中如此大的单轴应变有望在局部产生带隙²⁷。与公开的实验结果一致，所公开的实施方案从理论模型获得了E_2D＝135-153Nm^-1的范围。此外，通过增加结构内的8-碳环的比例，显着增强了所公开的MAC的柔性。

图18e示出了根据所公开的实施例用于模拟的理论模型。考虑到所公开的用于TEM中观察到的稳定非晶结构的可靠模型，执行态密度(DOS)模拟以预测其电子性能。由此可见，电荷位于非常小的区域(半径，r＝0.4±0.2nm)中，该区域被很好地分开(Δr＝1±0.5nm)(图18e)。DOS消失的其他地方都类似于缺口材料。这将严重抑制跳变电导。如果认为局部位点系统(l＝0.75)类似于石墨烯量子点阵列²⁸，则从光学上讲，所公开的系统应表现为好像具有2eV光学带隙。在传输间隙方面，MAC在高温下的行为应类似于常规绝缘体。然而，电阻率的温度依赖性仍应显示出与带隙晶体材料传导机理的根本差异。由于局部位点之间的间隔非常大，因此公开的实施例期望在低温下观察到可变范围跳变。

为了更好地理解，公开的实施例测量材料中的电荷传输。图19a提供了在50μm长的电极之间具有200nm-1μm的通道宽度的两端装置的SEM图像。插图是1μm通道中MAC/SiO₂边缘的近拍。容易转移到绝缘基板上以及在绝缘基板上的稳定性使得所公开实施方案能够仔细研究其光学性质和传输性质(图19a)。首先根据公开的实施例检查光学测量。

图19b示出了通过将膜转移到石英基板上而测得的2D非晶态碳的光学透射率。虚线表示纯石墨烯的吸收率为2.3％。插图代表Tauc图，用于确定非晶态材料中的光学带隙，线性区域(红线)的外推估计光学带隙为2.1eV。在TRT，在550nm波长处，MAC的光学透射率经测量为98.1％，高于石墨烯固有的97.7％透射率(图19b)。更重要的是，Tauc曲线给出的光带隙为2.1eV，正好在预测值的范围内。该图具有朝向较低能量的长尾巴，这证实了局部状态的宽能量分布。公开的实施例还观察到来自MAC的光致发光(PL)信号，在2.04eV处具有明显的PL峰值。两者都符合局域化的效果。

根据公开的实施例，提供了对传输测量的讨论。SI中讨论了器件制造和数据分析的详细信息。相应地总结了主要结果。在宽长比大(50μm：0.2μm<w：l<50μm：1μm)的1、2和3层器件上进行了源漏偏压随温度变化的测量。该器件已经在室温下表现出绝缘性能，其薄层电阻值为100GΩ数量级。在2D模式下，这些值是电阻测量值最高的，比先前报道的h-BN的捕获点约为10¹⁰cm^-2的测量值高2个数量级，即使测得的隧穿电阻值也同样很高，只有1层(2层)MAC的执行类似于2层(4层)h-BN。另外，I-V特性对空间电荷限制电流具有电压依赖性，I＝V^α，其中α等于2³⁰(图19c)。这将系统标识为具有低陷阱密度随机能量分布的简单绝缘体(如h-BN)，完全符合所公开的发明。

在捕集点之间跳跃所需的能量表现为传输的活化能。在图19e中，测量具有不同层数样品的电阻率作为温度的函数。红线是线性最佳拟合，其偏移和斜率分别等于26.9±0.05和-6.5±0.05。插图是作为阿伦尼乌斯(Arrhenius)图的重新绘制，以获得470meV的活化能。根据公开的实施方案，从阿伦尼乌斯图(图19e)测得的大活化能为235meV，大于在h-BN的N2空位阱中看到的193meV活化能³¹。仅在较低温度下，才表明这种传输方式不同于常规的跳跃传输方式。该模型期望局部站点之间的可变范围跳变遵循Mott定律ρ∝e^T-γ的指数相关性，其中ρ＝1/3，但是根据所公开的实施例，幂定律相关性(图19e)被观察到。这种传输机制通过沿其线性路径在相似范围局部站点之间的隧道跳跃在绝缘的一维链中发生³²。此稀有链跳跃(RCH)由ρ＝10^βT^N给出，其中N是链中本地位点的数量。图19f示出了偏移的电阻率α相对于功率γ的线性拟合，如公式ρ＝10^βT^N所描述。尽管β和N在样本之间不同，但是在图19f中示出了观察到线性相关的公开实施例，N＝2.2(±0.6)-0.33(±0.02)β(图19f)。这意味着局部位点之间的每条附加隧道都会使电阻率增加3个数量级，这说明了我们材料的高度绝缘行为。

根据公开的发明，示出了一种用于大面积生长独立单层sp2非晶态碳膜的方法。这是2D极限中无定形材料的第一个示例。它可以在低温下直接在各种表面上生长，因此对于许多器件应用而言，它比晶体2D材料更具吸引力。示例的范围可以从用于热辅助磁记录磁性硬盘上的抗氧化涂层到电池中集流器电极上的涂层。另一方面，在例如玻璃孔板上的直接生长将使其对于生物医学研究例如干细胞研究非常实用。绝缘行为也使其成为FET、磁隧道结中自旋相关的隧道势垒，甚至电子突触应用的有吸引力的2D电介质。其在应变下的较高机械稳定性使其也有望用于纳米孔类型的应用。最后但并非最不重要的一点是，绝缘性能与高碳环的结合使它成为质子膜应用中比石墨烯本身更有希望的2D材料。一般而言，二维材料的许多应用都需要在特定目标基板或设备顶部直接生长，更好的机械柔韧性和绝缘性能。所公开的MAC为这些应用提供了有吸引力的替代方案。

如本技术中所描述的系统或其任何组件可以以例如用于计算机系统的数据存储介质的形式来体现。计算机系统的典型示例包括通用计算机、编程的微处理器、微控制器、外围集成电路元件以及能够实现构成本发明方法步骤的其他设备或设备布置。

该计算机系统包括计算机、输入设备、显示单元和/或互联网。该计算机还包括微处理器。微处理器连接到通信总线。该计算机还包括一个内存。该存储器可以包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。该计算机系统还包括存储设备。该存储设备可以是硬盘驱动器或可移动存储驱动器，例如软盘驱动器、光盘驱动器等。该存储设备还可以是用于将计算机程序或其他指令加载到计算机系统中的其他类似装置。该计算机系统还包括通信单元。通信单元允许计算机通过I/O接口连接到其他数据库和Internet。通信单元允许从其他数据库传输和接收数据。通信单元可以包括调制解调器，以太网卡或使计算机系统能够连接到数据库和网络(例如LAN、MAN、WAN和Internet)的任何类似设备。该计算机系统促进了用户通过输入设备的输入，该输入设备可通过I/O接口访问系统。

计算机系统执行存储在一个或多个存储元件中的一组指令，以便处理输入数据。存储元件还可以根据需要保存数据或其他信息。该存储元件可以是存在于处理机中的信息源或物理存储元件的形式。

指令集可以包括指示处理机执行特定任务的各种命令，诸如构成本技术方法的步骤。指令集可以是软件程序的形式。此外，如在本技术中那样，软件可以是单独程序的集合，具有更大程序的程序模块或程序模块的一部分的形式。该软件还可以包括面向对象编程形式的模块化编程。处理机对输入数据的处理可以响应于用户命令，先前处理的结果或另一处理机做出的请求。

已经详细描述了本公开的许多实施例，将显而易见的是，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明范围的情况下，可以进行修改和变型。此外，应当理解，本公开中的所有示例，尽管示出了本发明的许多实施例，但是都被提供为非限制性示例，因此，不应视为对如此示出的各个方面的限制。

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本申请中引用的所有文件、专利、期刊文章和其他材料通过引用并入本文。

在本说明书中对任何先前出版物(或从其衍生的信息)或任何已知事项的引用不是，也不应被视为承认或接受或以任何形式的暗示，对该先前出版物(或从中获得的信息)或已知事物构成了本说明书所涉领域的公知常识的一部分。

尽管已经参考某些实施例公开了本公开，但是在不脱离所附权利要求所限定的本公开的范围(sphere)和范围(scope)的情况下，可以对所描述的实施例进行多种修改、变更和改变。因此，意图是本公开不限于所描述的实施例，而是具有由所附权利要求的语言及其等同物所限定的全部范围。

Claims (24)

1.一种记录装置，包括：

基板上的外涂层，

其中，所述外涂层包括结晶度为C的非晶态碳层，

其中，0.5≤C≤0.8，结晶度C＝六边形数/(六边形数+非六边形数)，

其中，非六边形随机分布在六边形矩阵内或沿六边形域的边界形成，其中六边形域小于5nm。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述外涂层包括二维2D非晶态碳膜。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜具有0.01-1000Ω·cm且包括端值的电阻率。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜的结晶度C满足0.5≤C<0.8且sp³/sp²键的比例为0.2或更少。

5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜在550nm波长或更高处具有大于或等于98%的透过率。

6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述外涂层的水接触角是60度。

7.根据权利要求2所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜包括超过99%的Sp²碳键。

8.根据权利要求2所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜在高达700°C下基本上不发生键变化。

9.根据权利要求2所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜的摩擦范围大约为0.2-0.4。

10.根据权利要求2所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜在紫外光区域的反射率小于5%。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述记录装置包括磁记录介质。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述记录装置是热辅助磁记录介质。

13.根据权利要求1所述的装置，包括：

下层的磁记录层，

其中，所述外涂层保护所述下层的磁记录层。

14.根据权利要求1所述的装置，包括附加层。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述附加层选自由基板层、粘合层、散热层、柔软的底层、另一底层、记录层、覆盖层、润滑层及其组合所组成的组。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述基板层选自由金属基板、玻璃和材料的氧化物所组成的组。

17.根据权利要求1所述的装置，其中，所述外涂层是通过使用碳氢化合物作为前驱体的激光生长工艺形成的。

18.一种磁记录介质装置， 包括：

基板层；

粘合层；

散热层；

柔软的底层；

另一底层；

记录层；

覆盖层；

外涂层；以及

润滑层，

其中，所述外涂层包括结晶度为C的非晶态碳外涂层，以及

其中，0.5≤C≤0.8，结晶度C＝六边形数/(六边形数+非六边形数)，

其中，非六边形随机分布在六边形矩阵内或沿六边形域的边界形成，其中六边形域小于5nm。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述外涂层包括二维2D非晶态碳膜。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜包括超过99%的Sp²碳键。

21.根据权利要求19所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜在高达700°C下基本上不发生键变化。

22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜的摩擦范围大约为0.2-0.4。

23.根据权利要求19所述的装置，其中，所述2D非晶态碳膜在紫外光（UV）区域的反射率小于5%。

24.根据权利要求18所述的装置，其中，所述外涂层是通过使用碳氢化合物作为前驱体的激光生长工艺形成的。

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