Austauschgekoppelte Materialien für magn. Datenspeicherung

Das Ziel dieses Projektes ist zukünftige magnetische Datenspeicher mit Datendichten höher als 1 Tbit/inch zu entwickeln. Dafür ist ein detailliertes Wissen über das komplexe dynamische Verhalten der magnetischen Nanostrukturen erforderlich, und es müssen neue Konzepte, wie "exchange spring" und "lateral exchange spring" Medien eingeführt werden. Diese Konzepte haben eines gemeinsam: Die Beschreibbarkeit der extrem harten magnetischen Materialien auf denen die Daten gespeichert werden, wird durch die Einführung von weichmagnetischen Bereichen drastisch verbessert. "Exchange spring" Medien beruhen auf dem Konzept der senkrechten Datenspeicherung mit der Erweiterung, dass eine granulare weichmagnetische Schicht über der hart magnetischen Datenschicht eingebracht wird. "Lateral exchange spring" Medien sind eine Erweiterung von "percolation" Medien in denen eine weichmagnetische Spur erzeugt wird, die als Nukleationzentrum während des Schreibprozesses dient und somit das benötigte Schreibfeld reduziert. Ein optimales Design der Materialien soll gewährleisten, dass durch die Einführung der weichmagnetischen Bereichen die thermische Stabilität weitgehend unbeeinflusst bleibt, das Schreibfeld soll jedoch bis zu einem Faktor drei reduziert werden. Somit können extrem harte magnetische Materialien in der Datenschicht verwendet werden die mit konventionellen Konzepten nicht beschreibbar sind. Für die Realisierung dieses Zieles wird das vorhandene mikromagnetische Simulationsprogramm, das simultan den gesamten Schreibprozess auf Basis der Landau-Lifshitz-Gilbert Gleichung simuliert, mit einer globalen Optimierungsmethode verbunden. Für die Optimierung werden neuronale Netzwerke in Kombination mit effizienten globalen Maximierungsroutinen, wie "simulated annealing", genetischen Algorithmen und Hysteresisoptimierung verwendet. Eine Erweiterung des Programms erlaubt die Berechung des Signalrausch Verhältnisses für ein geschriebenes Bitmuster. Dieses Verhältnis und die berechnete Energiebarriere des unstabilsten Korns in dem geschriebenen Bit werden für die Optimierung verwendet. Die zu maximierende Zielfunktion der Optimierungsroutine ist die Datendichte unter den Nebenbedingungen der vorgegebenen thermischen Stabilität der einzelnen Körner und unter der Nebenbedingung eines minimal erforderlichten Signalrauschverhältnisses. Ein anderes Konzept das untersucht wird sind "patterned elements" die in einer weichmagnetischen Matrix eingebunden sind. Materialkompositionen sollen entwickelt werden deren Koerzitivfeld unsensitiv gegenüber Defekten (Verteilung der Anisotropie Konstanten und unterschiedlicher Austauschkopplung zwischen Körner) und dem Winkel zwischen dem externen Feld und der leichten Richtung sind. Verschiedene Konzepte mit unterschiedlichen Mikrostrukturen werden untersucht um Elemente zu entwickeln die eine kleine Schaltfeldverteilung haben. Die enge Kooperation mit internationalen Partnern erlauben, dass die entwickelten Strukturen experimentell getestet werden. Um die thermische Stabilität von "exchange sping" Medien messen zu können, muss Sharrock`s Gesetz erweitert werden. Dieses erweitert Gesetz wird mit Hilfe von mikromagnetischen Simulationen entwickelt und wird den experimentell arbeitenden Partnern zur Verfügung gestellt.

Das Ziel dieses Projektes ist zukünftige magnetische Datenspeicher mit Datendichten höher als 1 Tbit/inch zu entwickeln. Dafür ist ein detailliertes Wissen über das komplexe dynamische Verhalten der magnetischen Nanostrukturen erforderlich, und es müssen neue Konzepte, wie "exchange spring" und "lateral exchange spring" Medien eingeführt werden. Diese Konzepte haben eines gemeinsam: Die Beschreibbarkeit der extrem harten magnetischen Materialien auf denen die Daten gespeichert werden, wird durch die Einführung von weichmagnetischen Bereichen drastisch verbessert. "Exchange spring" Medien beruhen auf dem Konzept der senkrechten Datenspeicherung mit der Erweiterung, dass eine granulare weichmagnetische Schicht über der hart magnetischen Datenschicht eingebracht wird. "Lateral exchange spring" Medien sind eine Erweiterung von "percolation" Medien in denen eine weichmagnetische Spur erzeugt wird, die als Nukleationzentrum während des Schreibprozesses dient und somit das benötigte Schreibfeld reduziert. Ein optimales Design der Materialien soll gewährleisten, dass durch die Einführung der weichmagnetischen Bereichen die thermische Stabilität weitgehend unbeeinflusst bleibt, das Schreibfeld soll jedoch bis zu einem Faktor drei reduziert werden. Somit können extrem harte magnetische Materialien in der Datenschicht verwendet werden die mit konventionellen Konzepten nicht beschreibbar sind. Für die Realisierung dieses Zieles wird das vorhandene mikromagnetische Simulationsprogramm, das simultan den gesamten Schreibprozess auf Basis der Landau-Lifshitz-Gilbert Gleichung simuliert, mit einer globalen Optimierungsmethode verbunden. Für die Optimierung werden neuronale Netzwerke in Kombination mit effizienten globalen Maximierungsroutinen, wie "simulated annealing", genetischen Algorithmen und Hysteresisoptimierung verwendet. Eine Erweiterung des Programms erlaubt die Berechung des Signalrausch Verhältnisses für ein geschriebenes Bitmuster. Dieses Verhältnis und die berechnete Energiebarriere des unstabilsten Korns in dem geschriebenen Bit werden für die Optimierung verwendet. Die zu maximierende Zielfunktion der Optimierungsroutine ist die Datendichte unter den Nebenbedingungen der vorgegebenen thermischen Stabilität der einzelnen Körner und unter der Nebenbedingung eines minimal erforderlichten Signalrauschverhältnisses. Ein anderes Konzept das untersucht wird sind "patterned elements" die in einer weichmagnetischen Matrix eingebunden sind. Materialkompositionen sollen entwickelt werden deren Koerzitivfeld unsensitiv gegenüber Defekten (Verteilung der Anisotropie Konstanten und unterschiedlicher Austauschkopplung zwischen Körner) und dem Winkel zwischen dem externen Feld und der leichten Richtung sind. Verschiedene Konzepte mit unterschiedlichen Mikrostrukturen werden untersucht um Elemente zu entwickeln die eine kleine Schaltfeldverteilung haben. Die enge Kooperation mit internationalen Partnern erlauben, dass die entwickelten Strukturen experimentell getestet werden. Um die thermische Stabilität von "exchange sping" Medien messen zu können, muss Sharrock`s Gesetz erweitert werden. Dieses erweitert Gesetz wird mit Hilfe von mikromagnetischen Simulationen entwickelt und wird den experimentell arbeitenden Partnern zur Verfügung gestellt.