[Из песочницы] Как работает MAMR в HDD

Уже в 2019-м году должны выйти новые жесткие диски с технологией MAMR. Эта технология позволит увеличить плотность записи до 4Тбит на квадратный дюйм, что в теории позволит создавать HDD объемом 40ТБ.

Проблема перпендикулярной магнитной записи

С момента создания HDD, плотность записи накопителей удваивалась каждый год и так продолжалось до 2010 года, когда рост плотности записи начал замедляться. Это связано с тем, что перпендикулярная магнитная запись(PMR) стала приближаться к своему теоретическому пределу в 1ТБит на квадратный дюйм.

Ограничение для PMR связано с влиянием суперпарамагнитного эффекта, когда уменьшение физических размеров магнитных доменов (один магнитный домен кодирует 1 бит информации) в ферромагнитном веществе с определенной коэрцитивной силой, может приводить к произвольной смене магнитного момента таких доменов. Другими словами при достаточно малых магнитных доменах, такой диск может произвольно терять информацию.

Победить суперпарамагнитный эффект в HDD можно двумя способами:

• Можно увеличить размер магнитного домена (т.е. физический размер головки записи), но это приведет к уменьшению плотности записи, а значит и к уменьшению общего объема накопителя
• Можно использовать магнитный сплав с бОльшей коэрцитивной силой, но тогда нужно поднимать энергию записи, а это означает увеличение размеров головки записи, а значит и увеличение магнитных доменов и уменьшение плотности записи. Так, по крайней мере, предполагалось.

MAMR как решение проблемы

В один прекрасный момент инженеры заметили, что если воздействовать на ферромагнитное вещество специальным полем определенной частоты, то для изменения магнитного момента домена можно затратить значительно меньше энергии.

Так родилась технология MAMR. MAMR расшифровывается как Microwave-Assisted Magnetic Recording, или Микроволновая Магнитная Запись.

Работает MAMR весьма интересно.

Магнитный момент в ферромагнетиках обеспечивается за счет собственных спинов элементарных частиц в атомах вещества. Когда спины частиц внутри магнитного домена «направлены» в одну сторону, возникает магнитный момент домена, который можно считывать с помощью головки чтения. Магнитный момент может находиться в одном из двух направленных состояний, за счет этого и происходит запись информации.

Важной частью MAMR является Spin Torque Oscillator(STO) или «генератор на основе вращения спинов». Сам STO располагается в непосредственной близости к головке записи. При прикладывании тока в STO возникает генерация кругового электромагнитного поля поля с частотой 20-40 ГГц, за счет поляризации спинов электронов.

При воздействии такого поля, в ферромагнетике, используемом для MAMR, происходит резонанс, что приводит к прецессии магнитных моментов доменов в этом поле. По сути, магнитный момент отклоняется от своей оси и для изменения его направления (переворота), головки записи нужно значительно меньше энергии.

Наглядно работа MAMR представлена на картинках

Драйв включает STO

Под воздействием поля STO, магнитный момент начинает прецессию и отклоняется в сторону

Драйв подает импульс тока через головку записи, что вызывает изменение направления магнитного момента в домене.

Использование технологии MAMR позволяет взять ферромагнитные вещества с большей коэрцитиивной силой, а значит можно уменьшить размер магнитных доменов без опасения вызвать суперпарамагнитный эффект. Генератор STO помогает уменьшить размеры головки записи(за счет уменьшения необходимой энергии в импульсе записи), что дает возможность записывать информацию на магнитные домены меньшего размера, а значит и увеличивает плотность записи.