韋勒博士在清華大學材料學院作學術報告會
在5月21日和24日分別于清華大學和湖南大學舉行的學術報告會上，韋勒博士詳細介紹了存儲密度超過50Gbit/平方英寸產品的數(shù)據(jù)，和在世界研究前沿的超越100Gbit/平方英寸的垂直磁記錄存儲系統(tǒng)。該講座還介紹了垂直磁記錄和激光磁記錄的物理過程，磁頭，磁介質材料的選擇和局限，薄膜微結構的要求，以及現(xiàn)有的科技怎樣迎接未來發(fā)展的挑戰(zhàn)。
韋勒博士在清華大學材料學院作學術報告會
現(xiàn)今硬盤記錄介質的磁性晶粒平均尺寸在8到10納米之間，晶粒尺寸分布標準偏差接近于20%。要實現(xiàn)遠高于100Gbit/平方英寸的存儲密度，需要記錄介質有更小的顆粒（尺寸在5~8納米之間），更好的磁熱穩(wěn)定性即更高的磁晶各向異性，和更緊密的晶粒尺寸分布（小于10%）。在提高磁晶各向異性的同時，還要求磁頭有相應提高的寫入磁場來實現(xiàn)磁記錄。實驗和理論都證明，在記錄磁層下面加入軟磁鏡像層不僅可以增強垂直記錄的寫入磁場，而且能限制該磁場于更小的區(qū)域，從而達到高記錄密度。希捷公司在2003年底完成170Gbit/平方英寸磁記錄演示。這是現(xiàn)今世界上最高的磁記錄密度演示，證明垂直記錄技術是十分可行，并有可觀的應用價值。
盡管如此，要實現(xiàn)Tbit/平方英寸存儲密度，還需要在磁頭和磁記錄介質上有重大的改進。一個最基本的限制來自于磁記錄介質的濺射鍍膜工藝，要用這個工藝實現(xiàn)上述磁性顆粒尺寸和分布的難度很大。一項被稱之為“自組裝磁性顆粒陣列”（SOMA — self-organized magnetic array）的熱門技術被看好為未來磁介質合成的手段。該技術有望讓3-4納米尺寸的鐵鉑合金顆粒在磁記錄介質表面形成規(guī)則的密排分布。該鐵鉑合金具有化學有序結構，其磁晶各向異性是常規(guī)使用的鈷鉑合金的10-20倍以上。更重要的是成熟的化學制備手段使獲得小于5%尺寸分布的納米顆粒成為現(xiàn)實。由于鐵鉑合金如此之高的磁晶各向異性，其室溫下的矯頑力也很大?，F(xiàn)有的寫入磁頭所提供的磁場不能有效的翻轉這些磁性顆粒的磁化方向，而自然界已知的軟磁材料都不能提供這種超高磁場。一種可能的解決方案是利用熱輔助磁記錄(HAMR=Heat Assisted Magnetic Recording)或稱激光磁記錄來實現(xiàn)數(shù)據(jù)擦寫。在字節(jié)寫入時用激光加熱磁頭正在寫入的區(qū)域，并在寫入后迅速冷卻，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入和保存。如果把HAMR技術與SOMA 技術結合起來，就有望使每個磁納米晶粒成為記錄單元。其最終實現(xiàn)的存儲密度接近于50Tbit/平方英寸！這相當于如今硬盤產品的1000倍或在一元硬幣的表面上獲得2000GB的存儲容量。
二、DoSTOR存儲專訪 暢談挑戰(zhàn)存儲極限技術
DoSTOR：能不能簡潔明了地說明一下HAMR技術跟當前的磁盤盤片技術最大的不同在那里？
Dr. Weller：HAMR= Heat Assisted Magnetic Recording=熱輔助磁記錄。通常的存儲方式用磁場來改變記錄介質的磁化方向從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。而HAMR在利用磁場的同時還要對記錄單元加熱。記錄介質在升溫后矯頑力下降，以便來自磁頭的磁場改變記錄介質的磁化方向從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。與此同時記錄單元也迅速冷卻下來使寫入后的磁化方向得到保存。
與通常的磁記錄相比HAMR的優(yōu)越性在于，它可以利用更小的磁性顆粒，更強的磁晶各向異性。因而這些小的磁性顆粒的熱穩(wěn)定性會更好。其結果是降低了介質的噪聲，因而這些小的磁性顆粒有更好磁熱穩(wěn)定性和更低的介質噪音，從而達到更高的存儲密度。
DoSTOR：我從您的報告中提到，HAMR通過激光的方式進行數(shù)據(jù)記錄，而且在進行磁記錄前需要加熱，那是否意味著以后HAMR硬盤的散熱將是主要問題？不知道Seagate在這方面有何對策？
Dr. Weller：散熱是HAMR技術中一個很棘手的問題。為了實現(xiàn)很高的擦寫速度，我們必須在記錄過程中對介質單元迅速加熱并迅速降溫。這需要對存儲介質的每一層薄膜進行合理的設計。與此同時磁頭也需要保持足夠的冷卻，否則其讀取傳感器(讀出頭)和提供磁場的軟磁體(寫入頭) 都會受到損壞。
至于整個硬盤內部因于激光加熱升溫所增加的熱量則可以忽略不計。
DoSTOR：從報告中，我還了解到HAMR所采用的磁頭跟現(xiàn)在的磁頭有非常大的不同。不知道具體有那些方面的不同點？我們知道當前普遍采用GMR磁頭技術。那么，跟HAMR技術相對應的將是什么磁頭技術？
Dr. Weller：HAMR磁頭需要一個激光傳送系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一套聚焦光路和一個近場光學加熱單元。它們用來把光束傳遞到介質表面并局限在小于100nm的加熱點內。為了使寫入頭的磁場落在加熱點內，一個辦法就是將加熱單元盡量貼近寫入頭。 寫入頭本身會與磁記錄磁頭所用的一樣或稍做些修改。而讀出頭則會直接依賴磁記錄磁頭所使用的讀取傳感器，與之毫無二致。
DoSTOR：一直以來，硬盤的內部數(shù)據(jù)傳輸率（即從磁盤到磁頭間的傳輸率）都被認為是改進硬盤性能的瓶頸，隨著HAMR技術的應用，是否有望改變這種被動的局面？
Dr. Weller：磁盤與磁頭間數(shù)據(jù)傳輸快慢最終要看： 1)寫入頭的軟磁芯在線圈磁場的激勵下能多快地產生磁場；2) 介質磁性顆粒的磁化方向能多快地被寫入頭磁場翻轉；3) 寫入頭磁場能多快地響應線圈信號而不損失其磁場強度?，F(xiàn)有技術可以使這一切都發(fā)生在10-9秒左右，即數(shù)據(jù)記錄的頻率在1GHz (109 赫茲)左右。如果存儲密度達到Tbit/平方英寸，就要求3GHz的記錄頻率。一些實驗室里的研究結果顯示大于5GHz是可以實現(xiàn)的。HAMR本身不會影響數(shù)據(jù)記錄的速度。
DoSTOR：希捷將在那個系列的產品上最先應用HAMR技術？是ATA的酷魚系列，還是SCSI的捷豹，或者是Savvio系列硬盤？因為ATA硬盤的單碟容量一直以來都走在SCSI的前面，按這種方式推斷，我們是否可以認為普通電腦用戶將最先使用到HAMR技術？
Dr. Weller：HAMR技術被用來研制記錄密度大于500Gbit/平方英寸的硬盤。根據(jù)INSIC (International Storage Industry Consortium 國際記錄工業(yè)協(xié)會http://www.insic.org/ )的產品規(guī)劃這些硬盤將在2009年之后才會上市。相對于各種產品系列，筆記本電腦的硬盤一直擁有最高的記錄密度；HAMR技術很可能在所有系列的硬盤中使用。
DoSTOR：隨著最新的磁盤技術、磁頭技術的應用，硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率勢必會迅速提高。那在與之相對應的硬盤數(shù)據(jù)保護、硬盤穩(wěn)定性與可靠性方面，希捷科技又有什么最新進展呢？
Dr. Weller：數(shù)據(jù)安全、硬盤穩(wěn)定性和可靠性對于希捷所有的產品都至關重要。HAMR技術開辟了新的領域使高磁晶各向異性的材料得以運用。使用這些材料作為記錄介質可以改善介質的磁熱穩(wěn)定性，并因此可以將磁性顆粒做的更小，從而減少噪音。這些優(yōu)點使得HAMR硬盤具有高可靠性和高存儲容量。
DoSTOR：作為一種新興的硬盤技術，HAMR是否會帶來硬盤制造成本上的壓力？未來的硬盤會繼續(xù)這樣便宜下去呢，還是單價攀升，但容量價格比會提高？
Dr. Weller：HAMR并不會對未來硬盤產品的性價比產生負面影響。整個行業(yè)劇烈的價格戰(zhàn)可能會繼續(xù)上演，隨之而來的是硬盤每GB價格的持續(xù)下降。
DoSTOR：最后想問Weller博士一個問題，希捷科技認為硬盤未來發(fā)展方向是什么？能否預測一下，未來的三、五年或十年后，硬盤將是什么樣子？
Dr. Weller：我預期2年之內垂直磁記錄將被廣泛推介。我們最早將在2009年看到HAMR技術進入產品。理論上，HAMR技術可以被延續(xù)至大于10 Tbit/平方英寸的存儲密度。因此在可以預見在未來的5-10年之后，HAMR技術將會廣泛存在。
三、磁介質研究專家 — 韋勒博士簡介
希捷科技研究中心磁介質研究總監(jiān)Weller博士
美國權威的IEEE(電氣和電子工程師學會)磁學和磁性材料分會每年評選三位杰出學者，資助他們就最前沿的課題在美國和日本進行演講交流。希捷公司的材料科學家韋勒博士是2004年入選的杰出學者之一(http://www.ieeemagnetics.org/Newsletter/Jan04/Dist_lectures_2004.html)。韋勒博士于1982年獲得德國Marburg大學物理學學士學位，1985年獲得德國科隆大學物理學博士。1985年-1990年在德國Erlangen的西門子AG中央實驗室工作，負責磁光記錄材料與磁光記錄介質的制備與測試。1990到2000，在美國加州圣荷塞市IBM研究所，負責薄膜與多層膜的電子特性、磁性和磁光特性的研究. 于2000年4月加盟位于賓州匹茲堡市的希捷研究中心，擔任磁記錄介質研究部主管。他近期關注的研究領域之一是探索超高密度磁記錄的可行性設計以及納米磁性材料的合成。
韋勒博士是美國物理學會(APS)的永久會員， 也是IEEE 和美國真空學會(AVS)的會員。他擁有14個美國專利和15個待決專利申請。他發(fā)表了200多篇的科技雜志論文和科技圖書文章。他是《高密度磁記錄物理學》的編輯和作者之一。他曾為《應用物理學》和IEEE《磁學和磁性材料通訊》擔任客座編輯，也是第八屆磁學磁性材料會議/國際磁學會議的論壇主席。韋勒博士是即將在今年科羅拉多巨石城(Boulder)舉行的磁記錄年會-TMRC和在2005年日本名古屋舉行的“國際磁學”年會的論壇主席。
