科學(xué)研究：強(qiáng)健的高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式

實(shí)驗(yàn)過程：兩束激光脈沖在短時(shí)間內(nèi)依次擊打由納米鉑鐵制成的薄片。第一束激光破壞自旋有序，隨后第二束激光將其磁化。最后通過X射線確定晶格膨脹或收縮的形式。@ M. Bargheer/ Uni Potsdam

最新一代的磁盤由因瓦合金材料的磁性薄片制成。它們具有極高的抗性和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度，利用了激光加熱局部納米區(qū)域來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式，因而被稱為熱輔助磁記錄（HAMR）。這些因瓦合金的體積幾乎不因加熱而膨脹。一種同樣采用HAMR存儲(chǔ)方式的類似材料是納米鉑鐵薄片。來自亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心（HZB）和波茨坦大學(xué)Matias Bargheer教授的聯(lián)合研究小組領(lǐng)導(dǎo)的國際科研團(tuán)隊(duì)，目前首次通過實(shí)驗(yàn)觀察到這些鉑鐵薄片中特殊的自旋晶格如何相互作用并抵消晶格的熱膨脹。
鉑鐵（FePt）在熱平衡性質(zhì)上屬于因瓦合金材料，它在加熱時(shí)幾乎不膨脹。這種現(xiàn)象最早于1897年在鎳-鐵合金材料“Invar”中被觀察到，但研究人員直到近些年才理解其中機(jī)理：一般情況下，加熱會(huì)引起固體中的晶格振動(dòng)，而振動(dòng)的原子需要更大空間，最終即表現(xiàn)為宏觀上的膨脹。然而出人意料的是，加熱鉑鐵產(chǎn)生了相反的效應(yīng)：溫度越高，材料越傾向磁化方向收縮，進(jìn)而決定了因瓦合金的最小膨脹屬性。
Matias Bargheer教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)目前首次通過實(shí)驗(yàn)比較不同的鉑鐵薄片中出現(xiàn)的這一有趣現(xiàn)象。Bargheer帶領(lǐng)一支來自HZB和波茨坦大學(xué)的聯(lián)合研究小組，并與來自里昂（Lyon）、布魯諾（Brno）和開姆尼斯（Chemnitz）的同事一起，研究完美結(jié)晶的鉑鐵層和用于HAMR存儲(chǔ)的鉑鐵薄片間存在差異的內(nèi)在機(jī)制。這其中包括嵌在碳基體中并由堆疊的鐵和鉑單原子層形成的結(jié)晶納米顆粒。
在很短的時(shí)間間隔內(nèi)用兩束激光脈沖加熱并激活鉑鐵樣本，最后利用X射線衍射確定晶格局部膨脹或收縮的強(qiáng)度。


圖片來源：Pixabay
Bargheer解釋稱，“令我們感到驚訝的是連續(xù)晶格層在被激光短暫加熱后會(huì)膨脹，同時(shí)原本松散排列的納米顆粒沿著同一晶格取向收縮。反觀HAMR數(shù)據(jù)存儲(chǔ)材料——嵌在碳基體中并在襯底上生長的納米顆粒對激光的反應(yīng)較弱：它們先微微收縮，后稍稍膨脹。”
Bargheer團(tuán)隊(duì)中的博士生Alexander von Reppert是這項(xiàng)研究的第一作者，他表示，“通過這些利用了超短X射線脈沖的實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)能夠確定薄片形態(tài)的重要性?！逼潢P(guān)鍵就在于橫向收縮，即所謂的泊松效應(yīng)。
Bargheer說：“每個(gè)用力按壓過橡皮的人都知道按壓后橡皮的中間層會(huì)變厚。”


圖片來源：Pixabay
他還補(bǔ)充道：“納米顆粒同樣具有這樣的性質(zhì)，然而對于完美薄片，平面中沒有膨脹空間，這些顆粒將不得不沿著垂直于薄片的由自旋驅(qū)動(dòng)的收縮方向運(yùn)動(dòng)?！?br> 所以，嵌在碳基中的鉑鐵是一種非常特殊的材料。它不只磁性穩(wěn)定，同時(shí)其熱機(jī)械學(xué)性質(zhì)能夠防止加熱時(shí)過度變形，進(jìn)而防止材料被破壞——這一點(diǎn)對HAMR至關(guān)重要！
撰文：安東尼婭·羅特格（Antonia R?tger）
翻譯：張宇哲
審校：董子晨曦
引進(jìn)來源：亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心
引進(jìn)鏈接：https://phys.org/news/2020-07-robust-high-performance-storage-magnetic-anisotropy.html


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情
?