2.4.1. Підвищення щільності запису магнітних дисків за допомогою технології afc (antiferromagnetically coupled)

У 1990 році спеціалістами компанії ІВМ була розроблена технологія AFC (система антиферомагнітного запису інформації). В 2001 році вийшли в продаж перші накопичувачі Deskstar GXP ємністю 80 і 120 ГБ, створені за цією технологією. Принцип роботи цієї системи базується на явищі GMR і заключається в наступному: між 2 шарами феромагнітного матеріалу з кожної сторони магнітного диску наноситься надзвичайно тонкий шар (товщиною 2-3 атоми) рутенію. Носії, в яких використовується шар металевого рутенію (носії з антиферомагнітними подвійними шарами) отримали назву пилок ельфа („pixie dust”). Тонкий шар рутенію, розміщений між двома магнітними робочими шарами, дозволяє зорієнтувати намагнічення доменів відповідних шарів в протилежних напрямках (див. рис. 1.18). Така тришарова структура робочого шару має дещо більшу товщину відносно традиційного, але протилежна магнітна орієнтація шарів дозволяє ущільнити інформацію на диску до 25 Гбіт/дюйм² і ємності жорстких дисків – до 400 ТБ.

Рис. 1.18.

2.5. Накопичувач на гнучких магнітних дисках (дискета, НГМД, англ.: Floppy Disk Drive - FDD).

FDD був винайдений в кінці 60-их років А. Штудгартом. Перші FDD з’явились в продажу на початку 80-их років в форматі 5,25 дюйма і об’ємі 1,2 МБ. На дискеті вкладалось 80 доріжок з 18 секторами. Сучасні FDD можуть зберігати до 3 ГБ інформації.

FDD – це носій невеликого об’єму інформації. Він представляє собою (див. рис. 1.19) гнучкий пластиковий диск на полімерній основі покритій з обох сторін магнітним окислом. Такий диск розміщується в захисній оболонці, на внутрішню поверхню якої нанесено очищаюче покриття. В упаковці зроблені з обох сторін радіальні щілини, через які головки запису/читання отримують доступ до диску. Використовується FDD для перенесення даних з одного комп’ютера на інший і для розповсюдження програмного забезпечення. Зараз в комп’ютерній техніці майже не застосовується.

Рис. 1.19.

2.6. Накопичувач на змінних жорстких дисках (hdd Rack).

Змінні жорсткі магнітні диски були розроблені фірмою SyQuest, а випускають їх також низка інших фірм. По своїй суті – це переносний вінчестер. В накопичувачах цього типу жорсткі диски (одна або дві стандартні пластини) розміщуються в герметичному картриджі разом з головками запису/читання. Це дозволяє наблизити їх параметри до параметрів жорстких дисків.

2.7. Пам’ять на циліндричних магнітних доменах (цмд).

Пам’ять на ЦМД використовує генерацію і кероване переміщення в нерухомому магнітному матеріалі доменів. Вона має послідовний доступ і є енергонезалежною. Довгий час зберігала лідерство в щільності зберігання інформації серед енергонезалежних пристроїв.

Магнітна сприйнятливість феромагнетиків є тензорною величиною. Це означає, що вони характеризуються значною анізотропією намагнічення, тобто в кожного феромагнетика можна виділити декілька напрямків відносно кристалографічних осей, вздовж яких насичення в процесі намагнічення досягається при мінімальних напруженостях намагнічуючого поля. Осі по яких це спостерігається називаються осями легкого намагнічення. Феромагнетик, який має одну вісь легкого намагнічення називається одноосним. ЦМД виникають в тонких монокристалічних плівках одноосних феромагнітних матеріалів, осі легкого намагнічення яких перпендикулярні поверхні плівки. За відсутності магнітного поля у них самовільно утворюються домени, які мають форму стрічки, довжина якої набагато більша ширини. За свою форму такі домени отримали назву смугових доменів (див. рис. 1.20.а).

Рис. 1. 20. Трансформація смугової доменної структури під дією зовнішнього магнітного поля: а) смугова доменна структура; б) відокремлені ЦМД; в) решітка ЦМД; г) стільникова доменна структура.

В ненамагніченому стані ширина смугових доменів з антипаралельною орієнтацією вектора намагнічення однакова, тому індукція магнітного поля, створеного плівкою, дорівнює нулю.

У магнітному полі для тих доменів, у яких напрямок вектора намагнічення J співпадає з напрямком напруженості зовнішнього магнітного поля Н, ширина домену збільшується. Якщо ж вони мають протилежний напрямок, то ширина зменшується. Так виникає рух доменних стінок, що приводить до збільшення розмірів одних доменів і зменшення інших. При деяких значеннях магнітних полів відбувається руйнування смугових доменів на окремі ізольовані ділянки, форма яких швидко стає циліндричною (див. рис. 1.20а, б, в та рис. 1.21). Ці утворення отримали назву циліндричних магнітних доменів.

Рис. 1.21.

2.7.2. Застосування ЦМД.

Властивості ЦМД (стійкість в деякому інтервалі полів зміщення, рухливість, можливість керування їх рухом, властивість знаходитись в різних станах та ін.) визначають їх застосування в пристроях обробки інформації. Такий пристрій складається із низки функціональних елементів, які забезпечують генерацію, рух, переключення і детектування ЦМД. Ідея такого пристрою в наступному: нехай в плівці якимось способом сформований канал, вздовж якого можуть рухатись з заданою швидкістю ЦМД (канал пересування ЦМД). Інформація кодується за принципом наявності або відсутності в даній точці плівки ЦМД (див. рис. 1.21, 1 - логічна „1”, 2 - логічний „0”). В певних місцях каналу формують генератор і детектор ЦМД, які виконують ті ж функції, що і головки запису/читання в пристроях з рухомими магнітними носіями інформації. Генератор перетворює сигнали, які поступають на його вхід, у ЦМД, детектор робить зворотне перетворення. Важливою відмінністю ЦМД - пристроїв є те, що в них не потрібний механічний рух магнітного носія або головки.

Рис. 1.22, а – доменорухома ТІ-структура із пермалоєвих аплікацій (Н_зм і Н_упр - напруженість магнітного поля зміщення і управління, d – діаметр ЦМД), б – Схема руху ЦМД вздовж ТІ-структури.

Найчастіше використовуються доменорухомі структури у вигляді аплікацій певної форми (наприклад, в вигляді ТІ; рис. 1.22) із магнітом’якого матеріалу (найчастіше – пермалою). При намагнічені пермалоєвих аплікацій управляючим магнітним полем, орієнтованим в площині плівки, на їх краях виникають магнітні полюси. ЦМД притягаються до від’ємних полюсів аплікацій, тобто створюється магнітостатична пастка. При обертанні управляючого магнітного поля в площині плівки потенціальні ями рухаються разом з ЦМД, а в вузькому зазорі між аплікаціями ЦМД переходить на сусідню аплікацію і продовжує рух по її периметру.

За один повний поворот управляючого поля в площині плівки відбувається зміщення ЦМД на один період доменорухомої структури. Тактова частота обертання поля (10⁵-10⁶ Гц) визначає швидкодію ЦМД-пристроїв. Величина періоду структури і відстань між каналами повинні бути більшими або порядку 4d, щоб виключити взаємодію доменів. Ця величина визначає щільність запису в ЦМД-пристроях (6000000 біт/см² при d=1 мкм). Доменорухома структура створюється літографічним способом.

Читання інформації відбувається за допомогою магніторезистивної головки.

Пристрої збереження інформації, які базуються на використанні намагнічення циліндричних доменів в широкий вжиток будуть введені в 2015-2020 роках.