AFC技术磁盘具有与普通磁盘的结构差异
1956年,世界上第一个磁盘系统在加利福尼亚的实验室里被研制成功,它的体积同普通沙发相差无几,而存储容量仅仅为5MB。时至今日,硬盘小型化已经成为现实,而容量的变化更是着实让人吃惊。
磁记录介质是由很多微小的磁粒构成的,每个比特信息的存储大约需要100个这样的磁粒。为了提高磁录密度,磁粒本身必须很小,磁粒体积缩小,数据比特才会变小,硬盘才能够存储更多数据。不过,在减小磁粒尺寸的过程当中出现了一个问题,研究发现,磁粒尺寸越小,能使它进行极性翻转所需要的能量也就越小,磁粒在足够小时甚至会在室温下就能吸收热能而自动反转磁路,形成破坏数据的“逆转比特”,最终导致整个硬盘数据的丢失。这就是超顺磁效应(热稳定性)带来的挑战?磁粒不可能无限制地缩小,因此也就大大限制了磁盘存储密度的进一步提高。
为克服超顺磁效应的障碍,研究人员找到了一些办法,其中最具代表性的技术是IBM的AFC(Anti Ferro_ magnetically Coupled,反铁磁耦合)和富士通的SFM(Synthetic Ferro Media,合成铁介质),它们虽然名称不同,原理则基本相同,都是通过使用多层磁体结构来稳定磁记录信息的技术。
普通磁盘的磁性涂层只有一层,而使用AFC技术,将磁性材料制成多层结构,除记录层以外,再使用稳定层,并且在记录层和稳定层之间增加一个钌层(Ru layer),如图。钌(Ru)元素属铂族金属,为稀有金属,价格十分昂贵,正因为如此,IBM才称它为“仙尘”(Pixie Dust),AFC也因此成为一个价格高昂的技术。
钌元素具有反铁磁性,它能使相邻两层之间的磁场方向相反。当写磁盘时,磁头所产生的磁场不仅可以在最上层产生小磁极,由于钌层的存在,写电流所产生的磁场还穿过钌层使稳定层磁化,并使稳定层与记录层磁体极性相反。稳定层与记录层之间因磁场反向,异性相吸而相互锁定,从而实现记录层磁场的稳定。传统介质出现超磁现象的线密度为200Gbpsi,而使用AFC介质后出现超磁现象的线可以提高到达800Gbpsi。因此,AFC介质的出现再次将磁存储密度的极限向后推移。
AFC技术实际上是一种变相增加磁层厚度的办法——每一个磁层的厚度虽然比较小,但总的磁层厚度却增加了。垂直记录技术从本质上来说与AFC相似,它在提高磁记录密度的同时,通过增加磁性材料的厚度来维持磁记录单元的体积。第一款垂直记录硬盘——东芝MK4007GAL/MK8007GAH的磁录密度为133Gbits/sq.in,业界保守估计,预计记录密度提高到600Gb/sq.in左右时,垂直记录技术将遭遇存储密度的极限。根据过去的经验,未来几年内材料科学的发展,超越1Tb/sq.in也是完全有可能的。