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Besseres Aufzeichnungsmaterial für Festplattenlaufwerke

Durch die Optimierung einer Eisen-Platin-Legierung versucht eine Forschergruppe in Indien, einige Hürden zu überwinden, die die Lebensfähigkeit des Materials als zukünftiges senkrechtes Aufzeichnungsmedium beeinträchtigen.

Die magnetische Aufzeichnung ist die wichtigste Technologie, die der heutigen Datenspeicherung zugrunde liegt. Nunmehr wetteifern Unternehmen bei der Entwicklung neuer Festplattenspeichergeräte (HDDs), die Aufzeichnungsdichten von mehr als 1 Terabit pro Quadratzoll aufnehmen können.

Festplatten mit senkrechter Aufzeichnung speichern Daten als winzige Bereiche der "up" oder "down" Magnetisierung innerhalb einer dünnen Schicht auf den Oberflächen der Festplatten.

Jeder winzige Bereich repräsentiert ein Informationsbit, und die Erhöhung der Flächendichte von Aufzeichnungen erfordert eine Reduzierung der Bitgröße.

Der Haken daran ist, dass die aktuellen magnetischen Aufzeichnungsmedien, die auf senkrecht stehenden körnigen Kobalt-Chrom-Platin-(CoCrPt)-Oxidschichten beruhen, ihre physikalische Grenze erreichen - eine Dichte von etwa 750 Gigabit pro Quadratzoll - weil thermische Schwankungen ein Schrumpfen der Korngröße unter 6 bis 7 nm verhindern.

In "AIP Advances" berichtet die indische Forschergruppe über ihre Arbeit, die die L10-Phase oder die kristallografische Orientierung einer Eisen-Platin-Legierung (FePt) als Lösung optimiert.

Die L10-Phase der FePt-Legierung weist eine hohe magnetokristalline Anisotropie auf, sodass sie auch bei Korngrößen von nur 3 nm thermisch stabil bleibt.

Der Nachteil des Materials ist jedoch, dass es eine hohe Glühtemperatur (500 °C bis 600 °C) benötigt, um die abgeschiedene ungeordnete Phase in eine geordnete tetragonale L10-Phase zu überführen, was die Herstellungskosten erhöht.

"Die Notwendigkeit einer so hohen Glühtemperatur macht das Material unvereinbar mit industriellen Prozessen, verursacht ein erhebliches Kornwachstum und eine Zunahme der Bitgröße - nichts davon ist wünschenswert", sagte Ajay Gupta, Direktor des Center for Spintronic Materials an der Amity University in Indien.

Dies hat zu einem von den Autoren entwickelten Verfahren geführt, das zu einer signifikanten Verbesserung der L10-Transformationsrate in FePt-Systemen führt, indem sie die Ordnungstemperatur auf unter 300 °C senkt. "Dies ist ein wichtiger Schritt hin zur Realisierung von L10 FePt als Material für hochdichte senkrechte Aufzeichnungen", sagte Gupta.

L10 FePt als senkrechtes Aufzeichnungsmedium kann eines Tages in der Lage sein, die magnetische Aufzeichnungsdichte in HDDs über 1 Terabit pro Quadratzoll hinaus zu erhöhen.

"Unsere Arbeit überwindet eine der größten Herausforderungen, indem wir die notwendige Herstellungstemperatur senken", sagte Gupta. "Aber es gibt noch andere entscheidende Anforderungen - wie das Erreichen der gewünschten Kornorientierung -, die erfüllt sein müssen, bevor es möglich wird, L10 FePt einzusetzen."

Die Gruppe verfolgt nun ein besseres Verständnis des Mechanismus auf atomarer Ebene für die Verbesserung der L10-Transformationsrate in FePt und versucht, die Schichtenzusammensetzung und -dicken der Mehrschichtstruktur zu optimieren, um eine maximale Verbesserung zu erreichen.

"Wir arbeiten an der gewünschten Kornorientierung für die Herstellung von senkrecht magnetisierten Materialien, indem wir das richtige Unterschichtmaterial auswählen, auf der FePt abgeschieden wird", sagte Gupta.

Der Fachbericht "Enhancement of L10 transformation in Fe/Pt multilayer by Cu addition," wurde verfasst von Kavita Sharma, G. Sharma, Mukul Gupta, V.R. Reddy und Ajay Gupta. Der Bericht erschien in "AIP Advances". (DOI: 10.1063/1.5045400).

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