MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31559925
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aLiu,  Yijia.
■24510▼aImproved  Heat  Assisted  Magnetic  Recording  via  Ultrathin  Nonlocal  Spin  Valves  and  Three-Layer  Composite  Media
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Minnesota▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a140  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Victora,  Randall  H.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Minnesota,  2024.
■520    ▼aThis  dissertation  is  structured  into  two  main  parts,  dedicated  to  exploring  potential  optimizations  in  read  head  and  recording  media,  two  integral  hard  disk  drive  (HDD)  components,  for  achieving  reliable  recording  performance  with  high  areal  density.The  first  part  delves  into  the  complexity  of  transport  within  Al-based  Nonlocal  Spin  Valves  (NLSVs),  particularly  addressing  spin  relaxation  induced  by  structural  defects  in  the  material.  This  can  significantly  enhance  the  spin  relaxation  and  is  likely  responsible  for  the  observed  deteriorated  performance  of  the  devices,  especially  notable  for  metallic  channels  thinner  than  10nm.  To  exclusively  study  the  spin  relaxation  induced  by  surface  and  bulk  defects,  all  the  calculations  are  implemented  at  T=0K  to  eliminate  temperature-dependent  contributions  such  as  phonon  scattering.  Resistivity,  spin  diffusion  length  and  Elliott-Yafet  constant  β  are  determined  in  a  simplified  3.6  nm-thick  Al-system  where  both  leads  and  transport  channel  are  made  of  Al  and  embedded  in  vacuum.Utilizing  the  Landauer-Buttiker  formalism  and  a  recursive  Green's  function  technique,  predictions  are  made  regarding  the  effects  of  surface  and  bulk  scattering  on  electronic  and  spin  transport  including  surface  roughness,  grain  boundaries,  vacancies,  and  surface  reconstruction.  It  is  demonstrated  that  for  thin  sputtered  films,  point  vacancies  contribute  dominantly  to  the  momentum  relaxation,  and  spin  relaxation  is  dominated  by  the  combined  effect  of  surface  reconstruction  and  point  vacancies.  This  yields  reason-  able  spin  diffusion  lengths  and  Elliott-Yafet  constants.  Further  analysis  reveals  that  the  presence  of  surface  corrugations  leads  to  a  clear  departure  from  Matthiessen's  rule  and  the  Elliott-Yafet  prediction  of  β.  However,  this  deviation  is  rectified  in  the  presence  of  random  surface  corrugations  with  higher  vacancy  concentration,  as  the  symmetry  breaking  is  closely  dependent  on  the  characteristic  scattering  length  and  concentration  of  random  defects.It  is  discovered  that  the  spin  diffusion  length  induced  by  surface  roughness  is  proportional  to  the  inverse  square  root  of  the  ratio  between  the  root  mean  square  height  (δh)  and  the  lateral  correlation  length  (ξ)  of  a  given  rough  surface,  i.e.  (δh/ξ)−1/2,  as  opposed  to  (δh/ξ)−1  as  is  the  mean  free  path.  This  phenomenon  is  attributed  to  the  interference  of  extended  surface  features.  Additionally,  a  pronounced  anisotropy  of  spin  relaxation  is  observed  for  spins  parallel  to  the  propagation  direction,  which  is  pertinent  to  surface  corrugations.  Overall,  these  findings  can  potentially  facilitate  the  realization  of  magnetic  recording  read  heads  based  on  metallic  nonlocal  spin  valves  with  sub-10nm  shield-to-shield  spacing,  thereby  improving  head  resolution.The  second  part  of  the  dissertation  shifts  focus  toward  mitigating  transition  noise  with  a  novel  proposed  heat-assisted  magnetic  recording  (HAMR)  media  in  order  to  achieve  higher  areal  density  of  HAMR-based  devices.  Conventional  two-layer  thermally  exchange  coupled  composition  media  (ECC)  exhibit  robust  tolerance  to  noise  induced  by  Tc  variance  and  offer  tunability  of  writing  temperature  but  suffer  from  adjacent  track  interference  issue  with  reduced  writing  temperature.  To  inherit  these  merits  while  addressing  the  thermal  susceptibility,  the  recording  performance  of  three-layer  (3-ly)  FePt-based  ECC  structure  with  reduced  Tc  =  500  K  for  FePt  is  evaluated,  with  pre-  dictions  for  transition  jitter,  erasure-after-write  (EAW),  bit  error  rate  and  switching  probability  distribution.  The  original  two-layer  ECC  structure  features  a  magnetic  soft  writing  layer  with  high  Tc  and  a  magnetic  hard  FePt-layer  for  long-term  storage.  In  contrast,  the  proposed  three-layer  structure  consists  of  a  high-Ms  and  moderate-Ku  writing  layer,  a  middle  layer  with  the  same  Ku  as  FePt  but  low-Ms  and  a  FePt  layer  attached  at  the  bottom,  each  layer  being  3nm  thick.  The  optimized  parameters  at  300K  for  the  writing  layer  are  Ms  =  1300  emu/cm3  and  Ku  =  1.3  -  1.8  x  107  erg/cm3  and  Tc=600  K  and  Ms=∼350emu/cm3  and  Ku=3.3x107  erg/cm3  at  300  K  and  Tc  =  500  K  for  the  middle  layer.Compared  to  the  conventional  2ly-ECC,  the  switching  mechanism  for  proposed  3ly-  ECC  highlights  the  Zeeman  effect  that  switches  the  writing  layer  and  anisotropy  field  gradients  to  switch  the  middle  layer.  By  decoupling  the  Zeeman  effect  and  anisotropy  field  gradients,  the  proposed  3ly-ECCs  effectively  improve  transition  jitter  by  ∼  15%  and  BER  by  ∼  85%  in  the  absence  of  intergranular  exchange,  compared  to  2ly-ECC  with  the  same  total  thickness.  These  improvements  are  attributed  to  large  anisotropy  and  small  magnetization  in  the  middle  layer,  aligning  with  the  analytical  analysis  of  energy  function  based  on  a  simple  spin  model.In  addition,  the  exploration  of  the  switching  rate  at  a  constant  temperature  suggests  that  fast  switching  induced  by  the  moderately  soft  writing  layer  can  also  potentially  contribute  to  jitter  improvement  at  the  expense  of  enhanced  EAW.  It  is  also  observed  that  the  3ly-ECC  is  more  susceptible  to  EAW  effect  than  2ly-ECC.  Calculations  indicate  that  the  suppression  of  EAW  in  3ly-ECCs  relies  on  the  increase  in  the  anisotropy  of  writing  layer  which  adversely  affects  BER  due  to  the  loss  of  rapid  switching.  Overall,  the  proposed  3ly-ECCs  effectively  balance  fast  switching  and  EAW  and  thus  exhibit  superior  jitters  and  BERs  compared  to  the  two-layer  counterpart.
■590    ▼aSchool  code:  0130.
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■71020▼aUniversity  of  Minnesota▼bPhysics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03B.
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■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164039▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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