Använda synkrotronstrålning vid SPring-8-en storskalig synkrotronstrålningsanläggning-Tohoku University, Toshiba Corporation, och Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) har framgångsrikt avbildat magnetiseringsdynamiken för en hårddisk (HDD) skrivhuvud för första gången, med en precision på en tio miljarddel av en sekund. Metoden möjliggör exakt analys av skrivhuvudoperationer, påskynda utvecklingen av nästa generations skrivhuvuden och ytterligare öka hårddiskkapaciteten. Detaljer om forskningen publicerades i Journal of Applied Physics den 6 oktober och presenterades vid den 44:e årliga konferensen om magnetik i Japan, den 14 december.

International Data Corporation förutspår en femfaldig ökning av datamängden som genereras över hela världen under de sju åren mellan 2018 och 2025. Hårddiskar fortsätter att fungera som de primära datalagringsenheterna som används, och 2020 förväntas den årliga totala kapaciteten för levererade hårddiskar överstiga en zettabyte (10 ²¹ byte), med en omsättning på 20 miljarder dollar. För att säkerställa ytterligare ökningar i HDD -kapacitet och högre dataöverföringshastigheter med logiska skrivhuvuddesigner krävs en uttömmande och exakt förståelse av skrivhuvudets funktioner.

Det finns, dock, höga hinder för att uppnå detta:nuvarande skrivhuvuden har en mycket fin struktur, med dimensioner på mindre än 100 nanometer. Magnetiseringsomvändning sker på mindre än en nanosekund, försvårande av experimentella observationer av skrivhuvuddynamik. Istället, skrivhuvudanalysen har utförts genom simuleringar av magnetiseringsdynamik, eller görs indirekt genom att utvärdera skrivprestanda på det magnetiska inspelningsmediet. Båda metoderna har sina nackdelar, och det finns en klar efterfrågan på en ny metod som kan fånga dynamiken i ett skrivhuvud exakt. Tohoku universitet, Toshiba, och JASRI använde det skannande mjuka röntgenmagnetiska cirkulära dikroismikroskopet installerat på BL25SU-strållinjen vid SPring-8 för att utveckla en ny analysteknik för hårddiskskrivhuvuden.

Den nya tekniken realiserar tidsupplösta mätningar genom synkroniserad tidskontroll, i vilket ett skrivhuvud manövreras med ett intervall av en tiondel av cykeln för de periodiska röntgenpulser som genereras från SPring-8-lagringsringen. Samtidigt, fokuserade röntgenstrålar skannar den medelfasade ytan på ett skrivhuvud, och magnetiska cirkulära dikroismbilder tidsmässiga förändringar i magnetiseringen. Detta uppnår tidsupplösning på 50 pikosekunder och rumslig upplösning på 100 nanometer, möjliggör analyser av de fina strukturerna och snabb skrivhuvuddrift.

Denna metod har potential att uppnå ännu högre upplösningar genom att förbättra fokuseringsoptiken för röntgenstrålarna. Utvecklingsteamet använde den nya tekniken för att erhålla tidsutvecklingen av magnetiseringsbilderna under omkastning av skrivhuvudet. Bilden avslöjade att magnetiseringsomvändningen av huvudpolen är klar inom en nanosekund och att rumsmönster från magnetisering uppträder i sköldområdet som svar på huvudpolens omkastning. Ingen tidigare forskning om skrivhuvudoperationer har uppnått så höga rumsliga och tidsmässiga upplösningar, och användningen av detta tillvägagångssätt förväntas stödja högprecisionsanalyser av skrivhuvudoperationer, bidrar till utvecklingen av nästa generations skrivhuvuden och ytterligare förbättringar av hårddiskens prestanda.

Toshiba utvecklar för närvarande energistödda magnetiska inspelningstekniker för nästa generations HDD och syftar till att tillämpa den utvecklade analysmetoden och den kunskap som erhållits om skrivhuvudoperationer på utvecklingen av ett skrivhuvud för energiassisterad magnetisk inspelning.