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科學研究：強健的高性能數據存儲方式
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科學研究：強健的高性能數據存儲方式
最新一代的磁盤由因瓦合金材料的磁性薄片製成。它們具有極高的抗性和數據存儲密度，利用了激光加熱局部納米區域來存儲數據的方式，因而被稱為熱輔助磁記錄（HAMR）。這些因瓦合金的體積幾乎不因加熱而膨脹。一種同樣采用HAMR存儲方式的類似材料是納米鉑鐵薄片。來自亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心（HZB）和波茨坦大學Matias Bargheer教授的聯合研究小組領導的國際科研團隊，目前首次通過實驗觀察到這些鉑鐵薄片中特殊的自旋晶格如何相互作用並抵消晶格的熱膨脹。
鉑鐵（FePt）在熱平衡性質上屬於因瓦合金材料，它在加熱時幾乎不膨脹。這種現象最早於1897年在鎳-鐵合金材料“Invar”中被觀察到，但研究人員直到近些年才理解其中機理：一般情況下，加熱會引起固體中的晶格振動，而振動的原子需要更大空間，最終即表現為宏觀上的膨脹。然而出人意料的是，加熱鉑鐵產生了相反的效應：溫度越高，材料越傾向磁化方向收縮，進而決定了因瓦合金的最小膨脹屬性。
Matias Bargheer教授領導的團隊目前首次通過實驗比較不同的鉑鐵薄片中出現的這一有趣現象。Bargheer帶領一支來自HZB和波茨坦大學的聯合研究小組，並與來自裏昂（Lyon）、布魯諾（Brno）和開姆尼斯（Chemnitz）的同事一起，研究完美結晶的鉑鐵層和用於HAMR存儲的鉑鐵薄片間存在差異的內在機製。這其中包括嵌在碳基體中並由堆疊的鐵和鉑單原子層形成的結晶納米顆粒。
在很短的時間間隔內用兩束激光脈衝加熱並激活鉑鐵樣本，最後利用X射線衍射確定晶格局部膨脹或收縮的強度。
圖片來源：Pixabay
Bargheer解釋稱，“令我們感到驚訝的是連續晶格層在被激光短暫加熱後會膨脹，同時原本鬆散排列的納米顆粒沿著同一晶格取向收縮。反觀HAMR數據存儲材料——嵌在碳基體中並在襯底上生長的納米顆粒對激光的反應較弱：它們先微微收縮，後稍稍膨脹。”
Bargheer團隊中的博士生Alexander von Reppert是這項研究的第一作者，他表示，“通過這些利用了超短X射線脈衝的實驗，我們已經能夠確定薄片形態的重要性。”其關鍵就在於橫向收縮，即所謂的泊鬆效應。
Bargheer說：“每個用力按壓過橡皮的人都知道按壓後橡皮的中間層會變厚。”
圖片來源：Pixabay
他還補充道：“納米顆粒同樣具有這樣的性質，然而對於完美薄片，平麵中沒有膨脹空間，這些顆粒將不得不沿著垂直於薄片的由自旋驅動的收縮方向運動。”
所以，嵌在碳基中的鉑鐵是一種非常特殊的材料。它不隻磁性穩定，同時其熱機械學性質能夠防止加熱時過度變形，進而防止材料被破壞——這一點對HAMR至關重要！
撰文：安東尼婭·羅特格（Antonia Rötger）
翻譯：張宇哲
審校：董子晨曦
引進來源：亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心
引進鏈接：https://phys.org/news/2020-07-robust-high-performance-storage-magnetic-anisotropy.html
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實驗過程：兩(liang) 束激光脈衝(chong) 在短時間內(nei) 依次擊打由納米鉑鐵製成的薄片。第一束激光破壞自旋有序，隨後第二束激光將其磁化。最後通過X射線確定晶格膨脹或收縮的形式。@ M. Bargheer/ Uni Potsdam
最新一代的磁盤由因瓦合金材料的磁性薄片製成。它們具有極高的抗性和數據存儲密度，利用了激光加熱局部納米區域來存儲數據的方式，因而被稱為熱輔助磁記錄（HAMR）。這些因瓦合金的體積幾乎不因加熱而膨脹。一種同樣采用HAMR存儲方式的類似材料是納米鉑鐵薄片。來自亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心（HZB）和波茨坦大學Matias Bargheer教授的聯合研究小組領導的國際科研團隊，目前首次通過實驗觀察到這些鉑鐵薄片中特殊的自旋晶格如何相互作用並抵消晶格的熱膨脹。
鉑鐵（FePt）在熱平衡性質上屬於因瓦合金材料，它在加熱時幾乎不膨脹。這種現象最早於1897年在鎳-鐵合金材料“Invar”中被觀察到，但研究人員直到近些年才理解其中機理：一般情況下，加熱會引起固體中的晶格振動，而振動的原子需要更大空間，最終即表現為宏觀上的膨脹。然而出人意料的是，加熱鉑鐵產生了相反的效應：溫度越高，材料越傾向磁化方向收縮，進而決定了因瓦合金的最小膨脹屬性。
Matias Bargheer教授領導的團隊目前首次通過實驗比較不同的鉑鐵薄片中出現的這一有趣現象。Bargheer帶領一支來自HZB和波茨坦大學的聯合研究小組，並與來自裏昂（Lyon）、布魯諾（Brno）和開姆尼斯（Chemnitz）的同事一起，研究完美結晶的鉑鐵層和用於HAMR存儲的鉑鐵薄片間存在差異的內在機製。這其中包括嵌在碳基體中並由堆疊的鐵和鉑單原子層形成的結晶納米顆粒。
在很短的時間間隔內用兩束激光脈衝加熱並激活鉑鐵樣本，最後利用X射線衍射確定晶格局部膨脹或收縮的強度。
圖片來源：Pixabay
Bargheer解釋稱，“令我們感到驚訝的是連續晶格層在被激光短暫加熱後會膨脹，同時原本鬆散排列的納米顆粒沿著同一晶格取向收縮。反觀HAMR數據存儲材料——嵌在碳基體中並在襯底上生長的納米顆粒對激光的反應較弱：它們先微微收縮，後稍稍膨脹。”
Bargheer團隊中的博士生Alexander von Reppert是這項研究的第一作者，他表示，“通過這些利用了超短X射線脈衝的實驗，我們已經能夠確定薄片形態的重要性。”其關鍵就在於橫向收縮，即所謂的泊鬆效應。
Bargheer說：“每個用力按壓過橡皮的人都知道按壓後橡皮的中間層會變厚。”
圖片來源：Pixabay
他還補充道：“納米顆粒同樣具有這樣的性質，然而對於完美薄片，平麵中沒有膨脹空間，這些顆粒將不得不沿著垂直於薄片的由自旋驅動的收縮方向運動。”
所以，嵌在碳基中的鉑鐵是一種非常特殊的材料。它不隻磁性穩定，同時其熱機械學性質能夠防止加熱時過度變形，進而防止材料被破壞——這一點對HAMR至關重要！
撰文：安東尼婭·羅特格（Antonia Rötger）
翻譯：張宇哲
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