磁记录,特别是硬盘磁记录,以其经济性和可靠性,成为现代信息存储的最重要手段。从硬盘诞生之日起,其记录密度一直保持良好的增长势头。新的磁头技术和介质技术的不断开发和运用,使硬盘记录位尺寸持续地缩小,从而在单位面积介质上容纳更多的信息。目前主流的垂直磁记录硬盘的记录密度已经接近400 Gbit/in2。为了进一步满足全球信息总量的快速增长,1 Tbit/in2以上的超高密度的磁记录方式成为研究的热点。然而由于存在超顺磁效应的物理极限,仅仅依靠缩小记录位尺寸的方法已经无法适用。各种新型的磁记录方法被提出,其中热辅助磁记录(Heat assisted magnetic recording, HAMR)是一种很有应用前景的技术,另外交换耦合介质(Exchange coupled composite, ECC)则从介质材料入手,试图解决介质热稳定性和可写性的矛盾。除了传统的硬盘磁记录,基于磁性纳米线中畴壁移动的Racetrack Memory是一种崭新的概念,对磁畴壁的精确控制是其关键。本文就是在这种背景下,对热辅助磁记录在不同介质中的动态读写性能进行了研究,同时在介质材料方面提出了以[Co/Ni]N多层膜等材料为软磁层的FePt基交换耦合介质,另外对磁性纳米线中畴壁的钉扎作用进行了研究和探讨。本论文的主要内容包含三部分：第一,利用远场光学,结合业界常用的硬盘动态测试设备Guzik Spinstand,我们搭建了一个热辅助磁记录测试平台,可以测试环形磁头在不同介质上的读写性能,并运用激光聚焦加热的方法模拟热辅助磁记录的工作条件。在这个测试平台上,测试了不同的磁头/介质组合的热辅助磁记录性能。实验结果表明,在矫顽力为6.8 kOe的高矫顽力CoCrPt垂直介质上,激光的加入增强了磁头对介质的写入能力,写入信号强度和信噪比大幅提升。在高矫顽力介质上,热辅助磁记录能支持更高的信号写入频率,从而在单条磁道上,实现了线密度增长4倍。然而在3.0 kOe和4.8 kOe的低矫顽力介质中,提高激光功率或者是写入电流反而导致写入信号强度的下降。分析表明,这是由于磁头返回场的部分擦除效应所引起,这种效应报道于垂直磁记录中的单极磁头。环形磁头的磁头场分布因垂直介质的存在而发生了改变,低矫顽力介质更容易受到环形磁头的返回场干扰。在热辅助磁记录的磁头和介质设计中,需要注意这种效应的影响。第二,与热辅助磁记录的思路不同,交换耦合复合介质并不改变磁头写入的方式,而是通过对介质的调整解决介质颗粒热稳定性与可写性的矛盾。理论和实验都表明,软硬磁层的耦合能够有效降低复合结构的翻转场。我们选用典型的高Ku材料L10相FePt作为硬磁层,在此基础上首次提出了以垂直的[Co/Ni]N多层膜为软磁材料与FePt组合成为交换耦合介质。通过实验测量了[Co/Ni]N多层膜的厚度对降低复合结构翻转场的作用,并利用一层很薄的非磁性层Pt来调节[Co/Ni]N多层膜与FePt之间的耦合强度,证实了在软磁层较薄的情况下,适当的解耦合有助于降低复合结构翻转场；而对于厚软磁层,Pt中间层的解耦合作用直接导致翻转场的增加,这对于交换耦合介质是不利的。除了[Co/Ni]N多层膜,我们也使用[Co/Pt]N多层膜结构作为软磁层,并制备了成分比例不同的两组系列,分别为[Co(0.2 nm)/Pt(0.6 nm)]N和[Co(0.2 nm)/Pt(0.3 nm)]N。通过对比这两种L10-FePt/[Co/Pt]N复合结构的翻转场下降情况,验证了软磁层的各向异性和饱和磁化强度对复合结构翻转场的影响。更进一步,我们将交换耦合介质的双层膜结构,拓展为三层膜结构,在FePt/Fe软硬磁层之间插入一层具有中间性质的Co层,并调整Co的厚度,得到性能更优异的复合结构,验证了梯度型介质的概念,并从实验上探测到磁矩翻转过程。第三,对纳米线中磁畴壁的运动规律,本文主要研究的是坡莫合金磁性纳米线中一种非对称凹陷结构对磁畴壁的钉扎作用。利用聚焦的磁光克尔效应测量,实验观察到磁畴壁的钉扎现象,并测量得到了脱钉扎场(Depinning Field)的分布。在往同一个方向运动时,顺时针和逆时针的涡旋畴壁,其脱钉扎场不同,并具有不同的几率分布。而非对称的凹陷结构使得畴壁往左和往右运动时,其脱钉扎场也不一样。微磁学模拟和实验的结果都表明,畴壁的脱钉扎场不仅与畴壁自身的自旋结构有关,而且跟钉扎点的几何形状有关,因为纳米线的结构变化,会为移动的畴壁带来一个势能的变化,从而决定了畴壁的位置和脱钉扎场。
