磁記錄

磁記錄是利用磁的性質進行信息的記錄的方式。在存儲和使用的時候通過特殊的方法進行信息的輸入和讀出，從而達到存儲信息和讀出信息的目的。

基本介紹

• 中文名：磁記錄
• 物理學科：磁學、電學

磁的性質

鐵棒和鋼棒本來不能吸引鋼鐵，當磁鐵靠近它或與它接觸時，它便有了吸引鋼鐵的性質，也就是被磁化了。軟鐵磁化後，磁性很容易消失，稱為軟磁性材料。而鋼鐵等物質在磁化後，磁性能夠保持，稱為硬磁性材料。硬磁性材料可做成永磁體，還可以用來記錄信息。

錄音機的磁帶上就附有一層硬磁性材料製成的小顆粒。

指標

隨著技術的不斷進步，磁記錄與人們的關係越來越密切。錄音帶，錄像帶，電腦中的磁碟，打電話的磁卡，銀行的信用卡，還有磁卡式車票等，都是用磁來記錄信息的。磁記錄技術提高的工作效率，給生活帶來了很大方便。

利用磁記錄錄音時，聲音先轉變成強弱變化的電流，這樣的電流通過錄音磁頭，產生了強弱變化的磁場。磁帶划過磁頭時，磁帶上的小顆粒被強弱不同的磁化，於是記錄了一連串有關磁性變化的信息。放音時，磁帶貼著放音磁頭運動，磁性強弱變化的磁帶使放音磁頭中產生變化的感應電流，電流經放大後使揚聲器發生，便"讀"出了錄音帶中記錄的信息。

磁記錄的最主要的指標是記錄密度，即單位面積記錄的信息量。記錄材料的發展史可以說是記錄密度不斷提高的歷史。磁記錄通常分為4類:顆粒介質，薄膜介質，具有軟磁層的介質，圖文介質。根據磁記錄介質的磁化方向將磁記錄模式分為3類:其一是縱向(水平和面內)磁記錄。在這種模式下，介質的磁化方向與磁碟平面及磁頭的運動方向平行;其二是垂直磁記錄，這時介質的磁化方向與磁碟表面(或介質的表面)垂直;其三是橫向磁記錄。介質的磁化方向在磁碟平面內與磁頭的運動方向垂直(磁化方向與介質運動方向垂直)。3種磁記錄方式中，縱向磁記錄目前套用最廣，特別是高密度磁記錄普遍是通過縱向磁記錄模式實現的，但由於高密度記錄對介質的自退磁效應的升高，使得縱向磁記錄模式進一步提高記錄密度相當困難。而垂直磁記錄為提高磁記錄密度提供了出路。垂直磁記錄模式不僅可以克服上述所說的自退磁效應，而且對磁記錄介質中的磁層厚度的要求比較寬鬆。垂直磁記錄比縱向磁記錄要求更多的不同種類的磁頭。不管記錄模式如何，記錄系統中都包括以下幾個基本單元:存儲介質、換能器、介質或磁頭的驅動系統以及匹配的電子線路。

原理

將各種信息轉換為隨時間變化的電信號，再將它轉換為磁記錄介質的磁化強度隨空間變化的過程稱為磁記錄，將其逆過程稱為再生（重現）過程。這種記錄和重現的過程及其原理如圖所示:

將輸入的非電信息Si(t)（聲音、像點、數碼等）經過一定的非電-電轉換裝置(1)，轉換為隨時間作相應變化的電流I(t);再把電流I(t)通過記錄磁頭(2)的線圈，使記錄磁頭的縫隙處產生與輸入信息相應變化的磁場H(t);於是緊靠磁頭縫隙並以恆定速度v運動的磁記錄介質便受到縫隙磁場H(t)的作用，而產生相應的磁化強度M(x)，於是，將隨時間變化的磁場H(t)轉換為按空間變化的磁化強度分布M(x)，從而完成了磁記錄過程(3)；磁帶離開記錄磁頭時，由於自退磁作用，磁化強度略有降低，但仍保存著與輸入信息Si(t)相應的剩餘磁化強度分布M┡(x)。這就是將輸入信息記錄和存儲到磁記錄介質的過程。當需要把記錄和存儲的信息從磁記錄介質（磁帶）作非破壞性取出（重現）時，則需經過與上述過程相反的過程，即將存儲有信息的磁帶以與記錄時相同的速度通過重放磁頭(4)的縫隙，這時磁記錄介質中的剩餘磁化強度M┡(x)產生的外露磁場在重放磁頭中感生相應的磁通量變化Ф(t)，而使繞在這磁頭上的線圈中感生微弱的交變電壓V(t)；再將V(t)通過放大和電-非電轉換裝置(5)，就可得到同輸入信息Si(t)相應的輸出信息So(t)。這就是將記錄存儲在磁記錄介質中的信息重放和輸出(讀出)的過程。磁記錄介質在重放過程中仍保留著它所存儲的信息，所以是一種非破壞性的讀出。如要清除磁記錄介質中存儲的信息，只要將磁帶通過清除磁頭，使其受到這磁頭產生的高頻磁場的作用而退磁後，就可將存儲的信息清除，使磁記錄介質回到退磁狀態。

磁記錄過程及其原理示意圖

記錄方式

按照信息記錄的方式，磁記錄可以分為連續的模擬式記錄（如錄音和錄像）和分立的數字式記錄（如計算機記錄數字）兩種。上面是按模擬式工作方式介紹磁記錄原理的。磁記錄同其他記錄方法相比較具有這樣一些特點：記錄和存儲的密度高，容量大，速度較快，可多次使用（非破壞性），無易失性，抗干擾性強，使用壽命長，也無顯著的“疲乏”、老化和變性現象，還可一步記錄（不需其他處理）和實時重放，成本較低，維護簡單。這些都使磁記錄適宜於大量的生產和套用。

材料

磁記錄中套用的磁性材料主要有兩類：①磁記錄介質。是以其磁化狀態作為記錄和存儲信息的材料，屬於永（硬）磁材料;②磁頭材料。是以磁頭的磁-電轉換功能對磁記錄介質輸入和輸出信息的材料，屬於軟磁材料。

現在正在研究或已經使用的磁記錄介質材料主要有鐵氧體和金屬磁性材料或者從形態上分有顆粒型和薄膜型2大類.

一種利用電和磁的方法將可轉換為電信號的信息輸入、記錄和存儲於強磁性介質內，並又能從其中取出和重現該信息的過程。此種信息可以是聲音、圖像、數字或其他可轉換為電信號的信息，故磁記錄技術可套用於錄音、錄像、記錄數字和其他信息等。最早的磁錄音開始於19世紀末，到20世紀40年代磁錄音技術才逐漸成熟，有了較廣的實際套用。50年代以後磁記錄又套用到電子計算機和電視技術，以及人造衛星和宇宙飛船的信息記錄和傳送，套用領域不斷擴大。

要求

記錄介質

一般說來，對於磁記錄介質的主要要求是：適當高的矯頑力Hc，以提高存儲信息的密度和抗干擾性；高的飽和磁化強度4πMs,以提高輸出信息強度;高的剩磁比Mr/Ms(Mr為剩餘磁化強度),以提高信息記錄效率和減小自退磁效應;陡直的磁滯回線,以提高記存信息解析度；低的磁性溫度係數和老化效應，以提高穩定性；對於垂直磁記錄材料，還需要高的垂直膜面的單軸磁各向異性ku（見磁各向異性）。目前可採用的磁記錄介質可以分為三類：鐵氧體和其他強磁氧化物微粉；強磁金屬微粉；強磁金屬薄膜。目前大量套用的是γ-Fe2O3或以其為基的磁粉,正在研製或開始試用的還有CrO2磁粉、及以Ni和Co為基的合金薄膜介質。

磁頭材料

對於磁頭材料的主要要求是:高的磁導率μ,以提高磁頭的靈敏度和效率；高的飽和磁化強度4πMs,以提高磁頭縫隙的磁場和防止極尖磁飽和；低的矯頑力Hc，以降低磁頭的損耗和噪聲；低的剩餘磁化強度Mr,以易於清除不需要的磁跡和降低噪聲；高的電阻率ρ,以降低磁頭損耗,改善頻率回響特性;高的磁導率截止頻率fc（即磁導率顯著下降的頻率），以提高磁記錄頻率上限，有利於高頻高速磁記錄；高的硬度和力學強度，以提高耐磨性能和使用壽命，降低脫粒噪聲。目前採用的磁頭材料有兩大類：鐵氧體磁頭材料和金屬磁頭材料。前者套用最多的是Mn-Zn系鐵氧體,有熱壓和熱靜壓的高密度多晶材料和布里奇曼法生長的高均勻性的單晶材料；後者套用較多的有Fe-Si-Al系和Fe-Ni-Nb系等高硬度軟磁合金材料。

參考書目

李蔭遠、李國棟編：《鐵氧體物理學》，修訂版，科學出版社，北京，1978。 　戴禮智編著：《磁記錄基礎知識》，科學出版社，北京，1980。 　劉克哲編：《磁記錄物理》,山東科學技術出版社,濟南，1979。 　C.D.Mee, The Physics of Magnetic Recording, North-Holland, Amsterdam, 1964. 　C.E.Lowman, Magnetic Recording,McGraw-Hill,New York,1972.