Магнитооптические носители информации

Радикальное решение проблемы суперпарамагнитного предела пришло вместе с уже давно известной технологией магнитооптической записи (МО). Принцип ее прост: МО-диски созданы из магнитных материалов, требующих для перемагничивания нагревания выше точки Кюри.

МО-диск (рис. 14.7) представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1.2 мм, на которую нанесено несколько тонкопленочных слоев. Магнитный слой состоит из сплава TbFeCo (тербий-железо-кобальт) и обладает жесткими ферромагнитными свойствами, причем ориентация доменов перпендикулярна поверхности диска. При нагревании до температуры Кюри или точки Кюри (для TbFeCo T_C ~ 200°С) происходит магнитное разупорядочение - ферромагнетик теряет свою доменную структуру и магнитные свойства. Если во время нагрева наложить на него внешнее магнитное поле, то домены в остывающем ферромагнетике сориентируются по его направлению. Запись производится блоками. Для изменения части информации в блоке необходимо перезаписать весь блок. Чтобы перезаписать информацию, требуется не только магнитное поле, но еще и лазер, который нагреет ферромагнитный слой. При записи используется внешнее магнитное поле, направление которого не может быть быстро изменено. Поэтому во время первого прохода все биты устанавливаются в состояние "ноль" (выполняется операция стирания - все домены ориентируются в одну сторону, рис. 14.8а), а во время второго - направление магнитного поля меняется и нужные биты устанавливаются в состояние "единица", рис. 14.8б. Последний проход - проверка - как правило, в целях сокращения времени записи и перезаписи не используется. Так что на запись требуется два прохода головки, и занимает она, соответственно, в два раза больше времени, чем чтение.

Считывание данных с диска происходит с помощью поляризованного лазерного луча пониженной мощности (25% от номинальной), недостаточной для разогрева рабочего слоя. При попадании луча на упорядоченные магнитные частицы диска, ориентированные при записи данных, их магнитное поле меняет поляризацию луча (эффект Керра), рис. 14.8с. Хотя плоскость поляризации поворачивается всего на несколько градусов, этого уже достаточно для обнаружения и использования для чтения данных. Долговечность хранения данных у МО-диска высокая - до 30 лет. МО- технология стала в настоящее время традиционной.

Недостатки МО-записи.

Основной недостаток магнитооптики - относительно медленная двухпроходная запись. С этой проблемой успешно справились в модификации МО-дисков под названием LIMDOW (Light Intensity Modulated Direct OverWrite - прямая перезапись модулированным по интенсивности светом). LIMDOW-диски содержат несколько больше слоев, в том числе еще два вспомогательных магнитных слоя. Применение этой технологии позволяет записать данные за один проход. В этом случае используется как внешнее магнитное поле, так и встроенное в диск, от дополнительных магнитных слоев, имеющих специально подобранные значения точек Кюри и коэрцитивной силы. Для записи "единиц" используется высокая интенсивность луча, а для "нулей" - низкая. Направление магнитного поля не переключается - намагничивание происходит либо от внешнего поля, либо от дополнительных магнитных слоев. Требуя только прохода перезаписи, LIMDOW дает 100% увеличения производительности.

В то время как вектор намагничивания доменов, образующихся на поверхности носителя при традиционном способе записи, ориентирован в плоскости его поверхности, с помощью оптических технологий удается придать ему вертикальную ориентацию. Это существенно ослабляет взаимовлияние между доменами. Кроме этого, сам факт, что для перемагничивания материала требуются высокие температуры, говорит о его устойчивости в нормальных условиях. В том числе и к внешнему магнитному полю, будь то поле записывающей головки или поле соседнего домена. Но при попытке придать магнитооптическим накопителям динамические и емкостные характеристики винчестеров инженеры столкнулись с серьезными трудностями. Главная и принципиальная проблема - низкая плотность записи - луч света очень трудно сфокусировать в достаточно малую точку. Необходимо использовать свет с короткой длиной волны, например голубой.

Еще одним препятствием к интеграции магнитооптики с винчестерами стала сложная и тяжеловесная конструкция оптической головки. Ситуация усложняется необходимостью строго выдерживать фиксированное расстояние между поверхностью носителя и головкой, чтобы не потерять фокусировку лазерного луча. Вместе с повышением плотности приходят невероятные скорости поступления данных - частота импульсов будет измеряться гигагерцами, что не сделает задачи управления сервосистемой и коррекции ошибок проще. Тем не менее МО-технология сулит колоссальный скачок в плотности записи - до 250 Gb/in2.

Проблема традиционной магнитооптической записи состоит в физической невозможности сфокусировать луч лазера в достаточно малую точку. Минимальный размер светового пятна определяется, так называемой, числовой апертурой, т.е. отношением длины волны излучаемого лазером света к удвоенной числовой апертуре фокусирующей линзы. Однако числовая апертура для линзы в воздухе не может превышать единицы вследствие дифракции. Преодолеть ограничение, уменьшив влияние дифракции, можно, поместив между поверхностью и линзой вещество с более высоким показателем преломления, нежели воздух. В Стэндфордском университете исследователи использовали для этих целей масло, и метод, соответственно, получил название жидкостной иммерсионной микроскопии (liquid immersion microscopy).

Жидкость не вполне подходит для конструирования винчестеров, поэтому TeraStor взяла на вооружение следующую итерацию иммерсионной микроскопии - твердотельную. Согласно этой технологии, вместо масла используется полушарие из твердого материала, обладающего высоким коэффициентом рефракции. Эта, так называемая, иммерсионная линза, вообще говоря, должна контактировать с поверхностью диска, поскольку пятно света необходимого диаметра существует только внутри нее. Проблему разрешили, прибегнув к "эфемерной связи" (evanescent coupling) - эффекту, позволяющему свету беспрепятственно преодолевать небольшой зазор, остающийся между линзой головки и поверхностью диска. Расположив головку на высоте менее одной длины волны излучения используемого лазера, осуществляют "нуль-транспортировку" света между линзой и магнитной поверхностью. В наиболее благоприятных условиях так можно передать до 50% энергии луча.