開關場分布

開關場分布是使孤立晶粒翻轉所需的磁場分布的範圍，對磁記錄介質的記錄行為有極大的影響。

基本介紹

• 中文名：開關場分布
• 外文名：switching field distribution
• 簡稱：SFD
• 定義：使孤立晶粒翻轉的磁場分布範圍

研究背景

自2006年垂直磁記錄技術套用於硬碟磁記錄以來，硬碟磁記錄的面密度在2011年已經實現了744Gb/in²，但距離超高密度磁記錄(1～10Tb/in²)的目標相差甚遠。人們的研究重點依然集中在通過設計微觀結構來實現高密度磁記錄及開發新型記錄模式的硬碟記錄技術：熱輔助磁記錄(heat assisted magnetic recording，HAMR)和晶格介質記錄(bit patterned magnetic recording，BPMR)。但無論何種技術，都是基於垂直記錄模式。

對於垂直記錄模式，除了記錄介質的磁晶各向異性常數之外，磁性晶粒間的相互作用和記錄介質的開關場分布(switching field distribution，SFD)也是至關重要的參數，將直接影響磁記錄噪音和記錄面密度。 這兩個參數都與記錄介質的易磁化軸取向分布和微觀組織密切相關。因此，如何準確測定記錄介質的晶粒間交換耦合作用、開關場分布及記錄介質的磁化翻轉過程已經成為磁記錄技術的研究熱點。

影響開關場分布的因素

開關場分布取決於磁記錄晶粒的各向異性場和易磁化軸的取向分布，是描述磁記錄介質的微觀組織和巨觀綜合均勻性的重要參數。

對於水平記錄模式，開關場分布通常易磁化軸磁滯回線的微分或者DCD曲線的微分得到，然而，由磁滯回線得到的是巨觀上的開關場分布；當晶粒間不存在交換耦合作用時，通過磁滯回線得到的結果才是內稟的開關場分布。此外，對於磁記錄來說人們更關註記錄介質不可逆磁化的剩磁狀態，因此SFD也應該由DCD和IRM曲線得到，而不是由磁滯回線得到。對於垂直磁記錄模式，退磁場的存在使得開關場分布寬化，因此由DCD和IRM計算SFD時也需要進行退磁場修正。

開關場分布理想的情況是具有完美的矩形回線，所有的顆粒（晶粒）都在磁場為矯頑力Hc時通過一致轉動實現翻轉。在顆粒介質中這一情況是永遠難以實現的。在連續薄膜介質中才可以得到比較理想的矩形回線，但是它也引起過渡區域加寬、造成噪聲。開關場分布SFD可以這樣獲得，把磁滯回歸線第2、3象限部分微分，微分曲線的半脈衝寬度，或者歸一化為，兩者都是SFD的基本標誌，如圖所示：

磁記錄介質的磁滯回歸線和微分曲線

技術上常使用的SFD的另一個標誌是

它與回歸線點的斜率的關係是

長期以來，被推薦和公認為記錄介質SFD的優質指數，但是事實上，它僅僅是由回歸線在點附近的特性所決定，並不反映介質的整個開關過程，而和才是SFD的基本標誌，應理解為是SFD的量度之一。

開關場分布對磁記錄的影響

開關場分布寬度（SFD）對磁記錄介質的記錄行為有極大的影響，SFD和介質記錄性能的關係可舉例來講。高密度記錄要求SFD窄而集中，要求不可逆磁化翻轉尖銳度大。這時，矯頑力矩形比近於1，記錄位之間的過渡區就小，過渡區長度a和SFD指標之間有如下關係：

對模擬記錄來講，SFD窄，靈敏度越好。

SFD窄，介質的複印（print through）效應小。複印效應來源於那些不穩定顆粒，它們的開關場位於SFD的低端，往往在較小的反向磁場（干擾場、複印場）作用下發生磁化翻轉，產生複印效應。SFD窄則說明這些不穩定顆粒極少，複印效應就極小。

SFD窄，則介質的重寫（over write）性能好。磁介質例如磁碟往往預先已有寫入信號，要在重寫時完全消除舊信號不可能，一般要求舊信號剩餘值不超過5%。重寫效果差根源於那些特別穩定的顆粒，它們在重寫時不易被寫入場翻轉，保留著原來的磁化方向，SFD窄，h越趨近於1，說明這些過於穩定的顆粒極少，重寫性能就好。