[科普中国]-热辅助磁性录写

热辅助磁性录写 (HAMR) 是一种使用镭射热先加热高度稳定媒体，以辅助磁性录写资料的技术。HAMR技术需要像铂铁合金这样高度稳定的磁性复合材料。这些材料可以在相当小的面积内储存单一字节而不再受限于超顺磁性；目前使用在硬盘储存的许多技术仍受限于超顺磁性。唯一的缺点是，他们必须被加热以适应磁场方向的改变。

HAMR是富士通在2006年发展出来的技术，这项技术可以达到每平方英寸1Tb的储存密度。

发展背景历史公元1954年，服务于RCA的工程师们提出一项以热和磁场来记录资料的专利。这项专利最初的重点是磁带存储，是在这一领域的许多专利中的后续。

1980年代，一种称为磁光碟的大容量存储设备的成功的商业化，它使用同样的技术将资料写入磁片。在当时，相较于纯磁性储存，磁光碟记录的优点是一个位元的面积取决于镭射点的面积而不是磁场范围。1988年，一片5.25吋的磁光碟可以储存650 MB的资料，并计划到数GB;一个5.25的磁盘大约100 MB。

硬盘技术快速发展, 在2011年，3.5吋硬盘的容量普遍已超过600 GB，早在2000年就已经认为硬盘技术将遇到限制，而热辅助录写将是加大储存容量的一个方向。

热辅助磁性录写的提出存储业界认为采用传统的记录方法其记录密度极限为lTb/in2，这一极限产生的根本原因是记录介质颗粒不断变小时引发的超顺磁效应。为了突破因超顺磁效应而导致的磁记录密度极限，热辅助磁性录写技术得到了学术界和产业界的广泛关注。

垂直写入技术1的限制特点通常是可读性、可写和稳定性，也就是著名的磁性写录三难(Magnetic Recording Trilemma)。HAMR是一个打破这三难并产生可行的解决方法的技术之一。问题是，要将资料储存在非常小的位元面积且保有资料可靠性，磁性媒体的材料必须具有非常高的磁力顽性(coercivity)。在一些容量点(capacity point)中位元面积很小而且相应的磁力顽性很高，因此用于写录资料的磁场不能强到足以永久影响资料且资料可以不再被写入磁盘。HAMR借由提高温度到居里点之上以暂时和局部的改变磁储存媒体的磁力顽性来解决这个问题。当高于居里点时，储存媒体将有效的失去磁力顽性并且形成一个真正可写入资料的磁性写入区域。2

热辅助磁性录写原理HAMR记录系统釆用的是由磁光记录发展而来的一种复合记录方法，理论上可用于纵向和垂直磁记录系统，而用于垂直磁记录系统更为有效。原因是垂直磁记录对记录介质厚度没有苛刻的要求，有利于磁阻磁头的读出。热辅助磁记录的原理是：选取室温下矫顽力很大的材料，同时它具有合适的居里温度点（-500K)，当磁性材料被加热到接近该温度时，其矫顽力迅速下降，较低的写入场即可使其磁矩重新定向。因此，当用于加热的激光和用于磁矩定向的磁头场同时作用在记录介质上时，在较小的写磁场强条件下便可实现信息位在激光作用区域的写人。在激光未照射的区域，由于介质有很大的矫顽力，所以受写入磁场的干扰很小，在没有磁.场作用的区域，这一过程对原有的磁化强度方向不产生任何影响。当激光束除去后，随着记录区域的冷却，该记录区域将很快恢复到原来的高矫顽力状态，从而该记录位将是非常稳定的。采用这种方法既可以克服在高矫顽力介质上的写入困难，又能改善信息位的热稳定性。因此，运用该技术可显著提高硬磁盘的面记录密度。当记录位的尺寸为25nm×25nm时，记录密度就可以达到 。然而，如此诱人的目标变成现实并非易事，以1Tb/in2的记录密度为例，如果磁盘转速达到对应的介质线速度为25m/s时，则记录一个bit位必须在1ns内完成。也就是说在1ns内要完成从加热到冷却的全过程，这在技术上具有相当的挑战性。另外，加热光斑聚焦到如此小的范围也受到衍射效应的限制。采用短波长的蓝光、近场光学技术以及固体浸润式透镜聚焦技术等有望使HAMR得到实际应用。3

特性热辅助磁性录写的特点是热能和写入磁场同时作用于记录位的磁性颗粒上。其中，热能可以由激光二极管提供，或者由高温探针提供，而写入磁场由磁头或者线圈提供。实现热磁写入，热源（光头或探针）和磁头分别位于盘片的两侧。

相比于商用硬盘所采用的纵向磁记录技术和即将采用的垂直磁记录技术.1999年提出的热辅助磁记录技术仍然处于实验研究阶段。从理论上讲，热辅助磁记录技术能解决信息写入和长久保存的问题，可以实现非常高的记录密度;但这项技术能否应用到产品上，替代即将推出高用产品的垂直磁记录技术还有很多不确定的因素.如最终将以何种方式实现对磁记录的热辅助作用，以及热埔助磁记录能否实现1-10Tbit/in2超高面记录密度，在投入大量资源进行工业规划之前，细致地研究每一个可能出现的问题，提出解决方案并加以验证.是这项技术实用化前需要做的工作。4

未来展望HAMR能增加磁录写的极限，超过100倍。可以达到每平方英寸50 Tbits的存储容量。

Seagate相信使用HAMR技术就能生产出300 Tbits (37.5TB)的硬盘。一些新闻网站错误的报导，Seagate将在2010年推出300 TB的硬盘。Seagate回应这个消息，指出在2010年的时间表中已完成每平方英寸50 Tbits的密度, 这也可能包括位元规则介质(Bit Patterned Media)的组合产品。

截至2009年初，Seagate仍致力于HAMR并且达到每平方英寸250 Gbits的存储容量。这是2009年当时利用垂直录写实现的密度的一半。

2010年底，硬盘工业界预测下一个技术变革将在公元2014-2015年之间。.

2012年三月，Seagate是第一个使用HAMR技术达到密度1 Tbits/inch里程碑的硬盘制造公司。

本词条内容贡献者为:

李岳阳 - 副教授 - 江南大学