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Gravação Magnética

Gravação Magnética. 1898, Valdemar Poulsen Telegraphone. Fio de Aço partículas alongadas anisotropia de forma Sinal fraco e destorcido. Gravação Magnética. Cabeças Núcleo: material magnético Alta permeabilidade Alta saturação Entreferro estreito

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Gravação Magnética

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Presentation Transcript

  1. Gravação Magnética • 1898, Valdemar Poulsen • Telegraphone • Fio de Aço • partículas alongadas • anisotropia de forma • Sinal fraco e destorcido

  2. Gravação Magnética • Cabeças • Núcleo: material magnético • Alta permeabilidade • Alta saturação • Entreferro estreito • Enrolamento para o sinal de corrente elétrica • Meio de gravação • HC relativamente grande •  : HD • particulado, filmes finos

  3. ÁUDIO f : 50Hz – 20kHz v : 5-20 cm/seg l : 2.5mm – 0.4 cm espessura do entreferro – mm Vídeo f: 30Hz – 2MHz v : 76 cm/seg l : 0.15mm – problema modulação do sinal em FM – 3.9MHz cabeça rotativa DIGITAL somente 0 e 1 são gravados gravação direta Materiais Cabeças alta permeabilidade alta saturação Permalloy e Sendust óxidos de ferrites – MnZn e NiZn Meio de gravação particulado filmes finos Gravação magnética • Meio de gravação • particulado • filmes finos

  4. Gravação magnética • Gravações de Hitler • Gravação em espécie de plástico recoberto com óxido de ferro – pequenas partículas !! • AMPEX – TAPE RECORDER (250 Oe) • g-Fe2O3 • 1947 – Bing Crosby • 1970 – Video Cassete • Porém... • Memória não é permanente • Calor • Campo alto • Relaxação magnética

  5. Gravação magnética • Informática • Bit – 0/1 • Sistema binário – 0 ou 1 • Imãs permanentes – dois estados • N-S e S-N • Conveniente !!! • 1953 – MIT: introdução da primeira memória de computador • Rede de milhares de pequenos ímãs com formato de anel, ligados por fios. A informação era gravada e manipulada através de pulsos de corrente elétrica. • Substituição por dispositivos semicondutores • Fitas e discos magnéticos • Melhor meio de armazenamento de grande porte

  6. RAMAC : random access method of accounting and control. Discos: 50 x 24” diam. 0.1” espessura 1 cabeça de leitura 5 Mbites 1200 rpm

  7. Evolução da Gravação Magnética

  8. Micro HD

  9. Gravação Magnética • Eficiência: • densidade informação • tempo acesso • Alta densidade de gravação • Redução nas dimensões críticas • Avanços no processamento de sinal • Head-media tribology • Track servo-control • Controle das propriedades magnéticas básicas do material • LIMÍTE FíSICO 

  10. Componentes de um HD Arquivos registrados nos discos como áreas magneticamente codificadas. Discos de metal ou plástico recobertos com material magnético que giram sob a ação de um motor elétrico. Capacidade depende do no discos e do recobrimento Atuador move os braços da cabeça de leitura/gravação através dos discos alinhando as cabeças com os círculos concêntricos que compõem as trilhas na superfície dos discos. Distância característica entre a cabeça de leitura/gravação e os discos é 5000x menor do que o diâmetro de um fio de cabelo. Cabeças de leitura/gravação deslizam através das superfícies dos discos giratórios. As cabeças gravam a informação nos discos alinhando os momentos magnéticos das partículas na superfície dos discos. A leitura do dado é feita através da polaridade das partículas alinhadas.

  11. Os 3 elementos da gravação magnética

  12. Hard Disk Alta densidade: Grãos pequenos Alta magnetização Alta coercividade

  13. Alta densidade x tamanho do bit Gbits/in2 bit diminui para dimensões sub-micromética • N/bit cte • diâmetro do grão do meio • magnético deve diminuir • cresce instabilidade térmica

  14. Diminuindo D direção fácil “ rotação livre” dos momentos devido à desordem térmica 3nm Histórico Magnetismo Básico Nanomagnetismo Próxima Influência do Tamanho de Grão • Partícula pequena multi-domínio • Partícula pequena mono-domínio (estado bloqueado) • Partícula super- paramagnética Superparamagneto Momento das partículas rigidamente alinhados Rotação Coerente de 

  15. 3nm Histórico Magnetismo Básico Nanomagnetismo Próxima Momento Magnético Átomos de Co M=N x 1.64mB N: 1000 átoms. Um único grão (nanomagneto esférico) é um Modomínio feromagnético de N átomos. O grão tem um grande momento magnético que produz um campo magnético (campo magnético de um grande dipolo)

  16. KAV   0 Saltos termicamente ativados • Medida magnética padrão: tm= 100s 0 10-10 seg tm  < tm  > tm tempo Tempo da medida (tempo necessário para realizar a medida) Superparamagnético Bloqueado Volume crítico Temperatura bloqueio

  17. Alta densidade x tamanho do bit • Diminuição do bit requer: • meio de gravação com grãos menores para manter a relação sinal ruído. • Grãos menores: • Alta anisotropia (energia da barreira) para manter a estabilidade térmica. • Alta anisotropia: • Campo necessário para reverter o bit é maio (gravar a informação). • Cabeça de gravação: • Material com alta magnetização de saturação

  18. Limite Superparamagnético

  19. Limite Superparamagnético Maior Anisotropia

  20. Limite Superparamagnético Acoplamento anti-ferromagnético • Acoplamento entre as camadas: • aumento efetivo no volume frente à estabilidade térmica • diminuição efetiva no tamanho aumentando densidade de gravação

  21. Acoplamento anti-ferromagnético • 2 camadas magnéticas separadas por espaçador de rutênio (3 camadas atômicas) que promove o acoplamento antiferromagnético entre as 2 camadas.

  22. Gravação perpendicular Veja aqui a animação

  23. Gravação perpendicular • Orientação dos bits perpendiculara à superfície do disco • Campos magnetostáticos estabilizam as transições • Orientação dos bits paralela à superfície do disco • Campos magnetostáticos desestabilizam as transições

  24. Magnetização normal à superfície do filme • Sinal do meio com alta densidade linear é mais estável • Suporta transições bruscas em meios relativamente espessos • Aumento na densidade do bit de 2- 4vezes

  25. GRavação Perpendicular

  26. Meios Litografados • Current media • Future media

  27. SEM E-beam Meio Litografado magnetização magnetização no plano fora do plano (vertical) Convencional grãos magnéticos: 10 ~ 20 nm camada rica em Cr: 1 ~ 2 nm Meios litografados Difícil manuseio Problemas para produção em massa Nano-litografia: tecnologia de alto custo

  28. Meios de gravação magnética de alta densidade Protótipos de meios de gravação feitos através de Litografia (C. Ross MIT, USA), J. Vac. Sci. Technol. B 17, 3168, (1999) Problema: estabilidade impõe que KV/kT > 50 , interações exercem papel importante.

  29. Próxima Aula • GMR e Aplicações

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