日本國立研究開發法人物質與材料研究機構（NIMS）通過實證試驗證實，對於用雷射照射進行局部加熱從而向硬式磁碟機（HDD）記錄資訊的「熱輔助磁性記錄」方式，利用媒介內的溫度差可進一步提升記錄效率的原理。該原理通過在鐵鉑合金層下方設置錳鉑合金層，利用此前未被使用的熱量來產生改變磁化方向的「自旋扭矩」。未來，該技術將有助於HDD的大容量化及功耗的降低。
實驗證實在鐵鉑合金層下方設置錳鉑合金層薄膜，將自旋扭矩與既往熱輔助磁性記錄相結合的方式可提高記錄效率。（供圖：NIMS磯上慎二主任研究員）
HDD作為資訊記錄媒介被廣泛應用於各類計算機及數據中心。其原理是將磁性物質以薄膜形式塗布在堅硬磁碟表面。薄膜物質中電子所具有的磁性（自旋）會因溫度差和電流而沿一定方向排列，並將其方向作為資訊進行記錄。其原理可以想像成在磁碟上的小區塊中排列極小的磁鐵，分別將N極或S極作為0和1的資訊進行記錄。
雷射加熱時，因錳鉑合金層產生的溫度差，自旋會進入鐵鉑合金層並輔助記錄寫入的「自旋扭矩熱輔助磁性記錄」原理示意圖（供圖：NIMS磯上慎二主任研究員）
如果在越小的區塊主記憶體儲越多的資訊，就能在HDD硬碟中記錄更多的資訊，因此人們不斷推進旨在提高記錄密度的研究。然而，隨著記錄密度的提高，即使在室溫下自旋也容易發生波動，導致資訊的寫入變得困難。
作為解決方案，通過雷射照射進行局部加熱從而向鐵鉑合金薄膜寫入資訊的熱輔助磁性記錄方式被提出來，美國HDD製造商希捷科技（Seagate Technology）於2020年將其實用化，並於2024年開始量產。然而，該技術因需要反復急劇加熱，而導致數據寫入動作需要消耗大量能量。
既往的熱輔助磁性記錄（左）與自旋扭矩熱輔助磁性記錄的原理。兩者共同之處在於均利用雷射照射進行局部加熱向鐵鉑合金層寫入資訊（供圖：NIMS的磯上慎二主任研究員）
NIMS磁性與自旋電子材料研究中心的磯上慎二主任研究員（磁工學）等人著眼於雷射照射時媒介表面與背面產生的溫度差，認為如果使用近年來作為產生自旋而備受關注的錳鉑薄膜，或可有效利用未被用於記錄的熱量。
研究人員在鐵鉑合金記錄層下方插入「錳鉑反鐵磁性層」後發現，與既往的熱輔助磁性記錄相比，矯頑力最高降低了80％，並使寫入難度降低。同時還發現，錳鉑合金層的溫度差會生成自旋，而自旋注入鐵鉑層後產生的自旋扭矩可佔減少量的35％。這表明寫入時所需的熱能得以減少。
熱輔助與自旋扭矩效應導致的矯頑力降低。即使與鐵鉑合金膜所具有的磁化對應的「磁光響應值」相同，表示垂直方向磁場強度的「掃描磁場」的絕對值也在趨近於零。（供圖：NIMS磯上慎二主任研究員）
磯上主任研究員表示，通過這種「自旋扭矩熱輔助磁性記錄」，「有望提高HDD的耐久性和可靠性」。然而，如何控制因疊加鐵鉑和錳鉑合金層而增加的膜厚度等是今後有待解決的課題。
本研究在日本學術振興會的科學研究費補助事業及國立研究開發法人科學技術振興機構（JST）戰略性創造研究推進事業的資助下，與希捷科技公司（Seagate Technology）合作完成，研究成果已發表在科學期刊《Acta Materialia》1月13日刊的電子版上。
原文：JST Science Portal 編輯部
翻譯：JST客觀日本編輯部
【相關超連結】
物質與材料研究機構新聞稿 自旋扭矩熱輔助磁性記錄方法的原理驗證
【論文資訊】
期刊：Acta Materialia
論文：Thermal spin-torque heat-assisted magnetic recording
DOI：10.1016/j.actamat.2025.120743
