Коллектив ученых и инженеров из Seagate на страницах Nature Photonics предложил интересную реализацию идеи термоактивируемой магнитной записи (heat-assisted magnetic recording или, сокращенно, HAMR; по-русски удобоваримо использовать аббревиатуру ТАМЗ), основанную на применении физических эффектов плазмонного резонанса наноразмерного золота. Но сначала небольшое введение.
Принцип ТАМЗ вырос из необходимости записывать информацию на поликристалических пленках материалов с экстремально высокой константой магнитокристаллической анизотропии (L10 FePt, SmCo5, Nd2Fe14B), для которых не хватает силы поля у записывающих головок, обычно используемых в "перпендикулярной" записи (Heff < 20 kOe). Для решения этой задачи необходимый участок потенциального носителя информации кратковременно нагревают до температуры Кюри (TC). Коэрцитивная сила (HC) при этом падает до нуля, после чего участок охлаждается и постепенно достигает прежнего значения HС . Пока он еще тепленький, поля головки хватает, чтобы записать бит информации (рис.1).
Чем нагревают? Светом, а именно сфокусированным при помощи специально оформленного волновода лазером. Общий вид головки представлен на рис.2 (writing pole - пишущий, т.е. магнитный элемент; gratings - дифракционная решетка; SIM - Solid Immersion Mirror; элемент, фокусирующий свет в точку размером порядка 1/4 длины волны лазера). Ключевым элементом является волновод, который в оригинальной разработке представляет собой лепесток из оксида тантала, покрытого (sandwiched) оксидом алюминия (рис.3). В таком устройстве были успешно получены треки битов шириной порядка 105 нм на мультислойном Co/Pt диске (локальная температура в этом случае достигала 275 oC). Шириной трека определяется количество терабитов на квадратный метр.
Что сделали доблестные Seagate'овцы? Они литографически модифицировали кончик зеркала (SIM) золотым блином (диаметр 350 нм) на золотой же палочке (диаметр 50 нм) таким образом, чтобы палочка смотрела вниз (рис.4 и рис.5). Что cлучится в этом случае, если мы намеренно или случайно включим лазер? Свет продерется сквозь хитрые тернии дифракционной решетки, попадет на золотой блин и возбудит в золоте плазмон (осцилирующий поверхностный заряд) с большой амплитудой, который своей энергией, как в воронку, выльется через палочку на то, что к ней приблизили. А приблизили к ней слой FePt 7.5-ой нанометровой толщины c HC = 20.2 kOe, который уже не по зубам технологии перпендикулярной записи. С помощью лазера с длиной волны 830 нм "золотой леденец" жег своим кончиком на все 350 oC, благодаря чему головкой, похожей на утюг (рис.6), были записаны треки шириной 70 нм (рис.7), что позволяет оценить потенциальную плотность носителя равной примерно 375 терабайт/м2.
Больше цифр и графиков разбирающиеся могут найти в оригинальном тексте статьи W.A. Challener et al, "Heat-assisted magnetic recording by a near-field transducer with efficient optical energy transfer", Nat. Photon., doi: 10.1038/NPHOTON.2009.26.
Прелесть этой работы заключается в том, что такое фундаментальное явление, как плазмонный резонанс, благодаря которому можно снять спектр коллоидного золота, а в стекловарне придать гранатовой сочности, например, граненому стакану, попав в руки любопытных инженеров, превращается в работающее устройство, полезный девайс. Также становится немножко яснее, для чего же такие зубры, как, например, Mostafa Al-Sayed или Louis Brus, изучают фокусы света в анизотропных или тесно спаренных наночастицах золота и серебра.
Примечание. Рисунки 1-3 и понимание общей концепции ТАМЗ почерпнуты из обзора R.E. Rottmayer et al, "Heat-assisted magnetic recording", IEEE Trans. Magn., 42, 10, 2006, doi: 10.1109/TMAG.2006.879572.
