Probe Based Heat Assisted Magnetic Recording: Towards Ultrahigh storage densities
Enregistrement thermomagnétique sous pointe AFM: vers les ultrahautes densités d'enregistrement
Résumé
This thesis aims to propose a new method of mass storage on hard disks and to prove its feasibility. Thermomagnetic probe recording consists in combining the effect of a near field heating with a macroscopic magnetic field to switch locally the magnetization on a patterned magnetic media.
The first of the work was to determine conditions for which temperature reached on media are sufficient(400-450K) to switch magnetization under low applied magnetic field. Thermal simulations showed the necessity to use a patterned insulator substrate to reduce heat losses by conduction.
The porous silicon thermal conductivity can be as low as 0.14 W.m-1.K-1 with a 70% porosity ratio. A porous layer is formed in a patterned silicon substrate. The Magnetic properties of Co/Pt multilayers and amorphous alloys of TbFeCo deposited on porous silicon and on patterned porous silicon were studied.
AFM heating tips were fabricated from commercial AFM probe to be adapted to a AFM microscope. Despite their high power consumption and their slow response time, they can be heated up to high temperatures. On another hand, a commercial AFM microscope has been customized to realize thermomagnetic writing tests. First tests demonstrated the manipulation of a single dot magnetization. New efforts should be realized to allow systematic and reproducible writing procedure.
An experimental set up has been developed to measure heat exchanges between an AFM tip and a surface. First promising results have been obtained and different heat transfer regime have been observed.
The first of the work was to determine conditions for which temperature reached on media are sufficient(400-450K) to switch magnetization under low applied magnetic field. Thermal simulations showed the necessity to use a patterned insulator substrate to reduce heat losses by conduction.
The porous silicon thermal conductivity can be as low as 0.14 W.m-1.K-1 with a 70% porosity ratio. A porous layer is formed in a patterned silicon substrate. The Magnetic properties of Co/Pt multilayers and amorphous alloys of TbFeCo deposited on porous silicon and on patterned porous silicon were studied.
AFM heating tips were fabricated from commercial AFM probe to be adapted to a AFM microscope. Despite their high power consumption and their slow response time, they can be heated up to high temperatures. On another hand, a commercial AFM microscope has been customized to realize thermomagnetic writing tests. First tests demonstrated the manipulation of a single dot magnetization. New efforts should be realized to allow systematic and reproducible writing procedure.
An experimental set up has been developed to measure heat exchanges between an AFM tip and a surface. First promising results have been obtained and different heat transfer regime have been observed.
L'objectif de cette thèse était de proposer une nouvelle méthode pour le stockage de masse sur disque dur et d'en démontrer la faisabilité. L'enregistrement thermomagnétique sous pointe utilise l'effet combiné d'un échauffement local produit par transfert thermique en champ proche avec une pointe chaude et d'un champ magnétique macroscopique pour retourner l'aimantation d'un point mémoire nanostructuré.
Une première partie du travail a été de déterminer les conditions pour lesquelles l'échauffement local était suffisant (400-450K) pour retourner l'aimantation sous faible champ magnétique. Des simulations numériques ont permis de montrer que les transferts thermiques par l'air et radiatif étaient trop faibles pour produire un tel échauffemment. L'utilisation d'un substrat structuré et isolant est d'autre part nécessaire pour limiter les pertes thermiques par conduction.
La conductivité thermique du silicium poreux peut atteindre des conductivités thermiques aussi faibles que 0.14W.m-1.K-1 pour des porosités de 70%. Une couche de poreuse est formé à partir d'un substrat structuré de silicium. Les propriétés magnétiques des multicouches Co/Pt et d'alliage amorphe de TbFeCo déposées sur silicium poreux et substrat de silicium poreux ont été étudiées. En ce qui concerne les multicouches Co/Pt, déposées sur une couche poreuse de 5µm d'épaisseur, elles sont compatibles avec l'enregistrement magnétique à hautes densités.
Des pointes AFM chauffantes ont été réalisées à partir de pointes commerciales afin d'être montée sur un microscope AFM. Malgré leur forte consommation électrique et leur temps de réponse lent, elles peuvent être échauffées à haute température. D'autre part, un microscope AFM a été spécialement adapté pour réaliser des tests d'écriture thermomagnétique. Les premiers test ont mis en évidence le retournement assisté thermiquement d'un plot magnétique. Des efforts devront être réalisés pour permettre une procédure d'écriture plus systématique et reproductible.
Un montage expérimental permettant de mesurer les échanges thermiques en champ proche entre un pointe et une surface est en cours de développement. Des premiers résultats prometteurs ont mis en évidence la présence de plusieurs régimes d'échange thermique.
Une première partie du travail a été de déterminer les conditions pour lesquelles l'échauffement local était suffisant (400-450K) pour retourner l'aimantation sous faible champ magnétique. Des simulations numériques ont permis de montrer que les transferts thermiques par l'air et radiatif étaient trop faibles pour produire un tel échauffemment. L'utilisation d'un substrat structuré et isolant est d'autre part nécessaire pour limiter les pertes thermiques par conduction.
La conductivité thermique du silicium poreux peut atteindre des conductivités thermiques aussi faibles que 0.14W.m-1.K-1 pour des porosités de 70%. Une couche de poreuse est formé à partir d'un substrat structuré de silicium. Les propriétés magnétiques des multicouches Co/Pt et d'alliage amorphe de TbFeCo déposées sur silicium poreux et substrat de silicium poreux ont été étudiées. En ce qui concerne les multicouches Co/Pt, déposées sur une couche poreuse de 5µm d'épaisseur, elles sont compatibles avec l'enregistrement magnétique à hautes densités.
Des pointes AFM chauffantes ont été réalisées à partir de pointes commerciales afin d'être montée sur un microscope AFM. Malgré leur forte consommation électrique et leur temps de réponse lent, elles peuvent être échauffées à haute température. D'autre part, un microscope AFM a été spécialement adapté pour réaliser des tests d'écriture thermomagnétique. Les premiers test ont mis en évidence le retournement assisté thermiquement d'un plot magnétique. Des efforts devront être réalisés pour permettre une procédure d'écriture plus systématique et reproductible.
Un montage expérimental permettant de mesurer les échanges thermiques en champ proche entre un pointe et une surface est en cours de développement. Des premiers résultats prometteurs ont mis en évidence la présence de plusieurs régimes d'échange thermique.
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