日本国立研究开发法人物质与材料研究机构（NIMS）通过实证试验证实，对于用激光照射进行局部加热从而向硬盘驱动器（HDD）记录信息的“热辅助磁记录”方式，利用媒介内的温度差可进一步提升记录效率的原理。该原理通过在铁铂合金层下方设置锰铂合金层，利用此前未被使用的热量来产生改变磁化方向的“自旋扭矩”。未来，该技术将有助于HDD的大容量化及功耗的降低。
实验证实在铁铂合金层下方设置锰铂合金层薄膜，将自旋扭矩与既往热辅助磁记录相结合的方式可提高记录效率。（供图：NIMS矶上慎二主任研究员）
HDD作为信息记录媒介被广泛应用于各类计算机及数据中心。其原理是将磁性物质以薄膜形式涂布在坚硬磁盘表面。薄膜物质中电子所具有的磁性（自旋）会因温度差和电流而沿一定方向排列，并将其方向作为信息进行记录。其原理可以想象成在磁盘上的小区块中排列极小的磁铁，分别将N极或S极作为0和1的信息进行记录。
激光加热时，因锰铂合金层产生的温度差，自旋会进入铁铂合金层并辅助记录写入的“自旋扭矩热辅助磁记录”原理示意图（供图：NIMS矶上慎二主任研究员）
如果在越小的区块内存储越多的信息，就能在HDD硬盘中记录更多的信息，因此人们不断推进旨在提高记录密度的研究。然而，随着记录密度的提高，即使在室温下自旋也容易发生波动，导致信息的写入变得困难。
作为解决方案，通过激光照射进行局部加热从而向铁铂合金薄膜写入信息的热辅助磁记录方式被提出来，美国HDD制造商希捷科技（Seagate Technology）于2020年将其实用化，并于2024年开始量产。然而，该技术因需要反复急剧加热，而导致数据写入动作需要消耗大量能量。
既往的热辅助磁记录（左）与自旋扭矩热辅助磁记录的原理。两者共同之处在于均利用激光照射进行局部加热向铁铂合金层写入信息（供图：NIMS的矶上慎二主任研究员）
NIMS磁性与自旋电子材料研究中心的矶上慎二主任研究员（磁工学）等人着眼于激光照射时媒介表面与背面产生的温度差，认为如果使用近年来作为产生自旋而备受关注的锰铂薄膜，或可有效利用未被用于记录的热量。
研究人员在铁铂合金记录层下方插入“锰铂反铁磁性层”后发现，与既往的热辅助磁记录相比，矫顽力最高降低了80％，并使写入难度降低。同时还发现，锰铂合金层的温度差会生成自旋，而自旋注入铁铂层后产生的自旋扭矩可占减少量的35％。这表明写入时所需的热能得以减少。
热辅助与自旋扭矩效应导致的矫顽力降低。即使与铁铂合金膜所具有的磁化强度对应的“磁光响应值”相同，表示垂直方向磁场强度的“扫描磁场”的绝对值也在趋近于零。（供图：NIMS矶上慎二主任研究员）
矶上主任研究员表示，通过这种“自旋扭矩热辅助磁记录”，“有望提高HDD的耐久性和可靠性”。然而，如何控制因叠加铁铂和锰铂合金层而增加的膜厚度等是今后有待解决的课题。
本研究在日本学术振兴会的科学研究费补助事业及国立研究开发法人科学技术振兴机构（JST）战略性创造研究推进事业的资助下，与希捷科技公司（Seagate Technology）合作完成，研究成果已发表在科学期刊《Acta Materialia》1月13日刊的电子版上。
原文：JST Science Portal 编辑部
翻译：JST客观日本编辑部
【相关链接】
物质与材料研究机构新闻稿 自旋扭矩热辅助磁记录方法的原理验证
【论文信息】
期刊：Acta Materialia
论文：Thermal spin-torque heat-assisted magnetic recording
DOI：10.1016/j.actamat.2025.120743
