磁记录与磁记录相关的材料
磁记录基本知识
1. 磁记录的发展历史 (2)2. 磁记录理论基础 (3)2.1. 物质的磁性 (3)2.2 铁磁性物质的磁化 (3)3.磁记录的基本过程 (7)4. 感应式磁头工作原理。
(9)4.1. 合成式DMIG铁氧体磁头。
(9)4.2 感应式薄膜磁头 (11)5. 记录介质 (13)5.1. 颗粒状介质 (13)5.2. 薄膜介质 (13)6.硬盘磁头动态性能及参数分析。
(14)6.1. 飞行高度及飞行姿态控制。
(14)6.2 动态电性能参数。
(14)6.3. 磁头与介质主要参数对磁头动态电性能的影响。
(15)1. 磁记录的发展历史──1898年，丹麦的V. Poulsen发明了人类历史上第一台磁性录音机，所用磁头是电磁铁。
记录介质是碳钢钢丝。
──1907年，采用直流偏磁记录，提高灵敏度，降低了失真度，但磁记录仍处于实验阶段。
──1920年，电子管放大器出现，使磁记录进入实用化阶段。
──1930年，德国的F. Pfleumer发明了矫顽力较高的γ—Fe2O3磁性颗粒材料改善了记录介质的特性和稳定性。
──1935年，德国的E. Shuler研制出环形磁头，这种磁头具有很窄工作缝隙，克服了过去磁头磁场发散的缺点。
──1940年，日本的永井健三等发明了交流偏磁技术，提高了录音灵敏度和输出信号幅度。
──1956年，美国IBM公司发明了电子计算机，用磁鼓实现了数字磁记录。
──1957年，IBM公司推出350硬磁盘机，24英寸可移动磁头的硬盘机商品化。
──1962年，IBM 1301使用浮动磁头。
──1970年, IBM公司提出磁电阻读出磁头。
──1973年，IBM 3340使用Winchester磁盘技术。
──1979年, 薄膜磁头商品化。
──1990年，开发出磁阻感应复合型薄膜磁头，IBM公司发表磁盘的面记录密度达1Gb/inch2实验结果。
2. 磁记录理论基础2.1. 物质的磁性物体在外加磁场中磁化，其磁化强度和磁场强度的关系为：M=ΧH ，从实用的角度出发，可以按照磁化率Χ的大小和符号将物质分类如下：1) 抗磁性。
磁性材料·第四章(陈宝军)
最早实用的磁记录器件： 1898年，丹麦人Poulsen 钢丝式磁录音机 原理：在细长的钢丝结构 上通过产生微小永磁体 (NS)进行连续记录
这种方式会产生反磁场Hd，从而难以获得较强的 磁化。
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现代的磁记录
垂直磁化方式 水平磁化方式
实究发现，垂直磁化比水平磁化能 实现高密度磁记录，而且磁化强度也能提高。
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2. 一般选作磁芯材料的具体标准 ① 容易磁化，且具有高饱和磁通密度、高磁 导率； ② 对磁场变化反应灵敏，能量损耗低； ③ 小型且量轻，不易磨损； ④ 耐环境性好。
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4.1.2.3 各类磁头材料
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1. 铁氧体磁芯材料
以Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体为主的材料， 都是用于块体型磁头的磁芯材料。 铁氧体为氧化物绝缘体，电阻率高、耐磨损、 耐环境性优良，但与其他合金系材料相比，其 饱和磁化强度要低一些。
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6. 磁致电阻效应(MR)磁头及其材料
(1) 磁致电阻效应 将某些磁性材料放在磁场中，如果通以恒定电 流，当外磁场改变时，该材料的电阻率也随之 改变的现象，称为磁致电阻效应。 改变的现象，
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(2) MR磁头简介 MR磁头属于非电磁感应型磁头。 属于非电磁感应型磁头 这种新型磁头具有电磁感应型磁头所不具有的 新型磁头 特征，例如记录再生特性与磁头和记录介质间 的相对间隙无关、可低速运行等。 可用于计算机的大容量磁盘装置(HDD)、微机 用HDD等。
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记录密度 容量
继续……
磁记录
可靠性 保真性
相当高的水平
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磁记录
记录对象：声音、图像、数据 记录对象 要求：高密度（高容量）、高保真、高可 靠 构成要素：磁头＋磁记录介质 构成要素： 磁头：笔（写入）、眼（读出） 介质：纸张 材料：磁头材料、磁记录介质材料
磁记录材料
磁记录材料
磁记录材料
磁记录材料
*20世纪80年代出现的其它存储设备：光盘、固态存储器 （如U盘等） *光记录的特点：非接触式记录，存储密度高、容量大，性 价比高 缺点：信息的读写需要精密跟踪伺服的光学头，光盘驱动 器价格较贵，数据传输速度慢
*固态存储器的特点：没有运动部件，可靠性高，可以高速 随机存储，不需电池供电，数据为不挥发性 缺点：存储量较小，价格高
*常用材料：Fe-M(V，Nb，Ta，Hf等)-X(N，C，B)
6.2 磁头及磁头材料
五、多层膜磁头材料 *特点：与微晶薄膜相比，多层薄膜进一步抑制了晶粒 的生长，实现了低磁致伸缩 BS高，HC低 缺点：耐热性差
6.2 磁头及磁头材料
2 磁头材料 一、合金磁头材料 *常用材料：含钼坡莫合金、仙台斯特合金 *合金磁头材料的优点：高磁导率、高饱和磁化强度、 矫顽力低等。 缺点：涡流损耗大
二、铁氧体磁头材料 *常用材料：Ni-Zn、Mn-Zn *优点：损耗低，材质硬，抗腐蚀性比金属好。 *缺点：饱和磁化强度低 在提高记录密度上存在困难
*调频：以调制信号去控制载波的频率，使载波的频率按调 制信号的规律变化。特点：其频率随调制信号振幅的变化而 变化，而它的幅度却始终保持不变。
6.1 磁记录材料概述
6.1 磁记录材料概述
3 数字式磁记录
*根据磁化强度与记录介质的取向，数字式磁记录可分为水 平磁化模式和垂直磁化模式两类。
6.1 磁记录材料概述
磁记录材料
磁记录材料
定义：被外加磁场磁化以后，除去外磁场，仍能保留 较强磁性的一类材料。 *基本要求： （1）Br要高；（2）Hc要高；（3）(BH)max要高； （4）材料稳定性要高。 *种类：
（1）金属永磁材料：Al-Ni-Co系和Fe-Cr-Co系永磁合金； （2）铁氧体永磁材料：以Fe2O3为主要组元的复合氧化物强磁 材料；特点：电阻率高，适合高频和微波领域应用； （3）稀土永磁材料：以稀土族元素和铁族元素为主要成分的合 金间化合物，包括SmCo5系、Sm2Co17系以及Nd-Fe-B系。 特点：磁能积高，应用领域广泛。
磁性材料有哪些
磁性材料有哪些磁性材料是一类具有磁性的材料，其主要特点是在外加磁场的作用下能够产生磁化现象。
磁性材料被广泛应用于电子、通讯、医疗、能源等领域，具有重要的科学研究和工程应用价值。
那么，磁性材料究竟有哪些呢？接下来，我们将对磁性材料进行介绍。
首先，我们来介绍铁、钴、镍等金属元素。
这些金属元素在常温下都具有一定的磁性，是常见的磁性材料。
它们在外加磁场下会产生明显的磁化现象，具有良好的磁导性和磁导率，被广泛应用于电机、变压器、传感器等领域。
其次，氧化铁、氧化镍、氧化钴等氧化物也是重要的磁性材料。
这些氧化物具有良好的磁性能，且具有较好的化学稳定性和耐磨性，被广泛应用于磁记录材料、磁性传感器、磁性存储介质等领域。
除了金属元素和氧化物，合金材料也是重要的磁性材料之一。
例如，铁-镍合金、铁-铝合金、钕铁硼合金等都具有优良的磁性能，且具有较高的磁能积和矫顽力，被广泛应用于电磁设备、磁性材料制备等领域。
此外，软磁材料和硬磁材料也是磁性材料中重要的分类。
软磁材料具有良好的磁导性和低磁滞回线特性，适合用于变压器、电感器等领域；而硬磁材料具有较高的矫顽力和矫顽力，适合用于制备永磁体、磁记录材料等领域。
总的来说，磁性材料种类繁多，应用广泛。
金属元素、氧化物、合金材料、软磁材料和硬磁材料都是重要的磁性材料。
它们在电子、通讯、医疗、能源等领域发挥着重要作用，对于推动科学技术的发展和社会经济的进步起着重要的作用。
综上所述，磁性材料种类繁多，具有重要的科学研究和工程应用价值。
随着科学技术的不断发展，磁性材料的研究和应用将会更加广泛，为人类社会的进步做出更大的贡献。
希望本文对磁性材料有哪些有所帮助，谢谢阅读！。
磁性纳米材料
磁性纳米材料
磁性纳米材料是一种具有特殊磁性的纳米级材料，具有广泛的应用前景。
磁性纳米材料的磁性来源于其微观结构和组成，通常包括铁、镍、钴等金属或合金。
这些材料在纳米尺度下具有独特的磁性行为，因此被广泛应用于磁记录、生物医学、磁性流体、传感器等领域。
首先，磁性纳米材料在磁记录领域具有重要应用。
由于其微小的尺寸和优异的磁性特性，磁性纳米材料被广泛用于磁盘存储、磁带存储等领域。
相比传统的磁性材料，磁性纳米材料具有更高的磁记录密度和更快的磁记录速度，能够大大提高存储设备的性能。
其次，磁性纳米材料在生物医学领域也有重要应用。
通过将药物包裹在磁性纳米材料上，可以实现靶向输送，提高药物的生物利用度和疗效，减少药物对健康组织的损伤。
此外，磁性纳米材料还可以作为磁共振成像（MRI）的对比剂，提高影像的清晰度和对比度，有助于医生更准确地诊断疾病。
另外，磁性纳米材料还被广泛应用于磁性流体和传感器领域。
磁性流体是一种由磁性纳米颗粒悬浮在载体液体中形成的流体，具有良好的磁响应性和流变性能，可以用于制备磁性密封、磁性制动器、磁性悬浮等产品。
而磁性纳米材料制备的传感器具有灵敏度高、响应速度快、体积小等优点，可以用于环境监测、生物传感、医学诊断等领域。
总的来说，磁性纳米材料具有广泛的应用前景，其在磁记录、生物医学、磁性流体、传感器等领域的应用正在不断拓展和深化。
随着纳米技术的不断发展，相信磁性纳米材料将会在更多领域展现出其独特的价值和潜力。
铁氧体磁性材料
铁氧体磁性材料铁氧体是一种重要的磁性材料，具有广泛的应用领域，包括电子、通讯、医疗和磁记录等。
铁氧体磁性材料具有优异的磁性能和化学稳定性，因此备受关注。
本文将重点介绍铁氧体磁性材料的基本特性、制备方法、应用领域和未来发展方向。
铁氧体是一种由铁离子和氧离子构成的化合物，具有典型的磁性特性。
铁氧体材料通常具有高磁饱和感应强度、低矫顽力和良好的化学稳定性。
这些特性使得铁氧体材料在电磁设备、电子器件和磁记录领域具有重要的应用价值。
铁氧体磁性材料的制备方法多种多样，常见的方法包括化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、固相反应法和物理气相沉积法等。
这些方法可以制备出不同形貌和粒径的铁氧体磁性材料，满足不同应用领域的需求。
铁氧体磁性材料在电子领域有着广泛的应用，例如在变压器、电感器和微波器件中起着重要作用。
此外，铁氧体材料还被广泛应用于磁记录领域，如磁盘驱动器和磁带等。
在医疗领域，铁氧体磁性材料也被用于磁共振成像和磁导航等方面。
未来，铁氧体磁性材料有望在新能源、信息存储和生物医学领域发挥更大的作用。
随着科学技术的不断进步，铁氧体磁性材料的制备方法将更加精细化和智能化，其在微纳米尺度上的应用也将得到进一步拓展。
同时，铁氧体磁性材料的磁性能将得到进一步提升，为其在新领域的应用奠定更加坚实的基础。
总之，铁氧体磁性材料具有重要的应用价值，其在电子、通讯、医疗和磁记录等领域发挥着重要作用。
随着科学技术的不断发展，铁氧体磁性材料的制备方法将不断改进，其应用领域也将不断拓展。
相信在不久的将来，铁氧体磁性材料将会有更广阔的发展空间，为人类社会的进步做出更大的贡献。
磁记录原理
磁记录原理磁记录介质硬磁材料和软磁材料：磁场强度H，使磁性材料产生一定的磁化强度M。
外加磁场强度变回0时，对应的磁化强度值Mr称为剩余磁化，磁化强度为0时，对应的磁场强度Hc称为矫顽力。
硬磁材料：矫顽力大的磁性材料。
也就是，即使去掉磁场，仍有很大剩磁的材料。
如磁铁，磁记录材料。
软磁材料：矫顽力很小的磁性材料。
去掉磁场几乎没有多少剩磁。
如磁头，变压器铁芯。
磁盘：磁盘高速旋转，磁头可作径向移动，磁头停在某一个位置，就可对磁盘的某一磁道进行读写。
磁盘有软磁片和硬磁片之分，有单磁片和多磁片之分，每个磁片有单面和双面之分。
磁记录信息的记录与再现：记录：记录电流足够大，产生的磁场强度能克服磁介质的矫顽力，就能在其表面产生一个磁化区域，它的方向N极指向S极。
1 再现：要想把磁化状态转化为电信号，根据法拉第电磁感应定律，感应的电动势：e = - (dφ/dt)。
磁头的线圈为N匝时，可认为磁通量φ 通过线圈N次，这时的电动势为：挲在磁记录中，读取的不是介质上的磁化结果，而是读取磁化的变化。
可以说记录过程是安培定律的实际应用，再生过程是法拉第定律的实际应用。
01信号的记录与再现实例： 2 数字磁记录的记录方式和编码方式1．记录密度：磁道上单位长度上能记录的二进制数据位的数量。
位密度越高，磁盘存储容量越高，存取速度越快，位价格降低。
2．自同步能力：于磁盘机械装置的离散性，特别是磁盘转速的误差，使读出信号峰值位置产生漂移，在无自同步提取数据位时极易发生误码。
对于串行存储的数据位，只要丢掉一位就会造成整个存储失败。
存储数据的磁盘要求有尽可能高的存储密度和一定的自同步能力。
就要采用相应的记录方式和编码方式。
记录方式：一．归零制：用正脉冲电流波表示“1”，用负脉冲电流波表示“0”，每次磁化后总要回复到非磁状态。
其特点是：1．位密度低：每一个数据位都要翻转两次，有非磁化区。
2．具有自同步能力：记录每位数据时都要翻转，所以在读出时每一位信息本身都包含了可作为时钟的同步脉冲。
磁粉的原理
磁粉的原理
磁粉是一种特殊的粉末材料，具有磁性，广泛应用于磁记录、磁卡、磁盘等领域。
磁粉的原理主要是利用其磁性特点，实现信息的存储和传输。
下面将从磁粉的结构和磁性原理两个方面来详细介绍磁粉的原理。
首先，磁粉的结构是由微小的磁性颗粒组成的。
这些颗粒通常由氧化铁、氧化
镍等磁性材料制成，颗粒的大小一般在纳米级别。
磁粉的颗粒之间通过一定的粘结剂或者包覆剂相互粘合，形成了一种均匀分散的粉末结构。
这种结构保证了磁粉在外界作用下不易发生团聚和氧化，从而保持了其良好的磁性能。
其次，磁粉的磁性原理是基于磁性颗粒的微观磁矩排列。
在没有外界磁场的情
况下，磁性颗粒的磁矩呈无规则排列，磁粉整体不表现出磁性。
但当外界施加磁场时，磁性颗粒的磁矩会受到磁场的作用，发生重新排列，使得磁粉整体呈现出磁性。
当外界磁场去除时，磁性颗粒的磁矩又会恢复到原来的无规则排列状态，磁粉整体不再表现出磁性。
这种特殊的磁性特点使得磁粉可以用于信息的存储和传输。
总的来说，磁粉的原理是基于微观磁性颗粒的结构和磁性原理。
通过合理选择
磁性颗粒的材料和粒径大小，以及粘结剂或包覆剂的使用，可以制备出具有特定磁性能的磁粉材料。
这种磁粉材料在磁记录、磁卡、磁盘等领域具有重要的应用价值，为信息存储和传输提供了可靠的技术支持。
随着科学技术的不断发展，相信磁粉在未来会有更广阔的应用前景。
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垂直磁记录
▪每个比特的磁矩都是 垂直于介质表面。
▪介质下有个软铁记录的优越性
垂直磁记录比平行磁记录有更高的记录面 密度上限。 平行：100-200GB/in2 垂直：理论预测：10TB/in2 记录方法的优越性: 1) 由于退极化场小，垂直记录可以用更大 的介质厚度. 2)单极写头通过软铁磁底层的产生两倍于 平行磁记录磁头产生磁场，因而可以用更 高磁各向性的材料为介质。 3)软铁磁底层使垂直记录介质中的信号强 度高于同等的平行记录介质，因而垂直记 录介质读取的信噪比相对较高。 4) 垂直记录介质的磁轨边界更清晰，噪声 更小。锐的磁轨边界可以得到更高的磁轨 密度以及更小的比特尺寸，从而有利于进 一步提高储存面密度。
FePt 的晶体结构
无序的FCC结构
有序的FCT结构
c-axis
退火
Fe atom
Pt atom
XRD
FCC结构 只出现基本的衍射峰
(111), (200), ...
Ku: ~7x107erg/cc
FCT结构 基本的衍射峰 和 超晶格衍射峰 (111), (200), (002), ...; (001), (110), ...
目前，多用数字记录。
磁记录的发展
第一个硬盘 用于IBM 305 RAMAC 1956年，50张24英寸的盘片， 存储量仅为5M 比特，一个月租金为$3,200 ，相当于$160,000的销 售价格。 2004年, Toshiba 生产的0.85英寸的硬盘, 能储存4G。
磁记录的发展
?
Toshiba
模拟记录和数字记录
按照信息记录的方式，磁记录可以分为连续的模拟式记录 （如录音和录像）和分立的数字式记录（如计算机记录数 字）两种。 模拟磁记录是将信息转化为连续的电信号，在将电信号 对应为磁信号，存入记录介质中。主要要求磁记录材料的 剩余磁化强度和输入信号成正比，以保证被记录信号和输 入信号之间有较好的线性关系 数字磁记录将信息数字化，转化为二进制数字信号而被存 入介质中。记录后，磁记录材料只有+Mr和−Mr两个剩磁 状态，这时记录信号和输入信号的线性关系并不重要。
基片处理：在溅射前对基片进行加热去气处理。
外延生长
基片的选取：考虑晶格匹配
FePt：a=b=3.85Å
MgO: a=b=4.212Å
减小晶格失配 种子层的选取： Cr：a=b=c=4.115Å Pt： a=b=c=3.92
Pt
5nm
FePt 50nm
Pt
5nm
Cr
3nm
MgO
保护层防止氧化
(001)FePt薄膜的制备
磁记录与磁记录材料
什么是磁记录
一种利用电和磁的方法将可转换为电信号的信息输入、记 录和存储于强磁性介质内，并又能从其中取出和重现该信 息的过程。此种信息可以是声音、图像、数字或其他可转 换为电信号的信息，故磁记录技术可应用于录音、录像、 记录数字和其他信息等
最早的磁录音开始于19世纪末，到20世纪40年代磁录音技 术才逐渐成熟，有了较广的实际应用。50年代以后磁记录 又应用到电子计算机和电视技术，以及人造卫星和宇宙飞 船的信息记录和传送，应用领域不断扩大。
),以提高信息记录效率和减小自退磁效应;陡直的磁滞回 线,以提高记存信息分辨率；低的磁性温度系数和老化效 应，以提高稳定性；对于垂直磁记录材料，还需要高的垂 直膜面的单轴磁各向异性ku。
磁记录介质
磁记录介质为晶化了的薄膜，最小的记录单元叫比特, 一个比特由几十个纳米颗粒组成。
硬盘片的基本结构
信息高密度地存储在硬盘片 内
磁记录材料的热稳定性
磁记录材料的热稳定性有每个磁性颗粒决定
比特的基本组成单位是磁性颗粒
每个磁性颗粒的热稳定性与本身的性能和其尺寸 有关 超顺磁极限
热稳定性制约着存储密度的提高
平行磁记录
每个磁矩平行于介质 表面。
环形感应写头，靠芯 的缝隙处的磁通来写 入数据
平行磁记录介质
介质材料 CoPtCrB 两层结构，通过ＲＲＫＹ交换耦合来提高稳定性
并非连续,有很多磁轨,每个 磁轨上又分有许多的区域。
同一区域内，晶粒的磁矩同 向排列形成一个记录比特 (bit).
磁记录密度： 磁轨密度 线密度或记录密度 面密度=轨道密度×线密度
磁记录介质的读写
每个比特的数据被转化为矩形波形的电流-写入电流, 输 入写头,从而产生在介质与磁头的间隙间产生相应磁场。 通过改变电流的方向，可以把数据写入介质。 在读的时候，读头感受不同比特的附近的磁场，将其转 化为电信号，从而将相应的数据读出。
过去二十年内, 硬盘的存储密度飞速提高, 每个比特的 价格不断下降。
磁头臂组合
硬盘的结构
磁头臂
读写头
主轴
拼盘
磁道
硬盘中的磁性材料: 1)磁记录介质 (盘片) 2) 写头 (高磁极化率的软磁材料） 3) 读头 (包括GMR器件以及辅助器件)
磁记录介质材料的要求
对于磁记录介质的主要要求是：高的矫顽力Hc，以提高存 储信息的密度和抗干扰性；适当高的饱和磁化强度4πMs, 以提高输出信息强度;高的剩磁比Mr/Ms(Mr为剩余磁化强度
峰出现在同样的角度,说明很好的外
(001)
延生长
(002)
FePt有很好的（001）取向 常温下制备的FePt为无序的FCC 700ºC下制备的为FCT有序相
FePt薄膜的结构与磁性与基片
随基片温度的升高 (001)峰强度增大, 经过分析, 发现薄 膜的有序度随基片 温度升高而增大, 薄膜的晶格常数 c 则随基片温度的升 高而减小。 相应的，薄膜的磁 性能也随基片温度 的改变而发生很大 改变，易轴的方向 随着温度的升高从 膜面内转到垂直膜 面。
FePt薄膜的磁特性
无序态为软铁磁，易轴在平面内。 有序态的FePt 薄膜为硬磁材料，且具有非
常大的磁晶各向异性，易轴沿[001]方向。 如果能够制备(001)取向的FePt薄膜则可以得
到非常大的垂直各向异性，可用于垂直磁 记录。 (001) 取向的获得 (001)织构、外延薄膜
(001)FePt薄膜的制备
获得有序相的方法：
1)后续退火 2)在溅射中给基片加热，加热温度为700ºC。 比较： 后续退火需要更高的温度使薄膜充分有序化 在薄膜沉积过程中给基片加热的方法，可以使薄膜在较地 的温度下有序化，而且可以减少工序。
FePt薄膜的结构、取向与有序度分析
(111)面 四度对称,且与MgO的(111)