CN1620685A - 用于在数据存储介质上记录信息的写入头和方法 - Google Patents

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Abstract

与磁存储介质(40)一起使用的记录头(30)，包括用于为传输辐射能提供一个通路的波导(58)，定位在波导中且包括多个臂(72，74，76，78)的近场耦合结构(70)，每一臂具有平面部分和弯曲部分，其中，平面部分实质上平行于磁存储介质的表面，而弯曲部分朝磁存储介质延伸并被分开以形成毗邻于空气轴承表面的缝隙，以及用于将写入磁场施加于由辐射能加热的磁记录介质部分的装置(32)。还提供包括记录头的磁盘驱动器(10)，以及使用记录头记录数据的方法。

Description

用于在数据存储介质上记录信息的写入头和方法
交叉引用
本申请要求于2002年1月7日提交的美国临时申请号60/346,432的优先权。
技术领域
本发明涉及数据存储领域，且更具体地说，涉及写入头和方法，用于使用近场光耦合结构在数据存储介质上记录信息。
背景技术
磁记录头在磁盘驱动存储系统中使用。现在在此类系统中使用的大多数磁记录头是“纵向的”磁记录头。以其常规形式的纵向磁记录已呈现出在大于大约40吉位/英寸2的密度上遭受超顺磁的不稳定性。可以相信，减少或改变位单元纵横比会将此限制扩展直至100吉位/英寸2。然而，对于大于100吉位/英寸2的密度，将有可能需要不同的方法来克服纵向磁记录的限制。
克服至少某些与超顺磁效应相关联的问题的纵向记录的替换方案是“垂直”磁记录。垂直磁记录被认为具有将记录密度扩展到完全超过纵向磁记录的限制的能力。与垂直磁存储介质一起使用的垂直磁记录头可包括一对磁耦合极，它们包括一个写入极和一个返回极，前者具有相对小的底表面积，而后者具有较大的底表面积。具有多个匝的线圈位置毗邻于写入极，用于在极与存储介质的软底层(soft underlayer)之间感应磁场。软底层位于存储介质的硬磁记录层之下，并增强由写入极产生的磁场的幅度。在记录过程中，在线圈中的电流激励写入极，写入极产生磁场。在软底层中产生这个场的映象(image)，以增强在磁介质中产生的场强。由写入极形成的磁通传递到软底层中并通过返回通量极(return flux pole)返回。这个返回极位于离主写入极足够远，使返回极的材料不影响写入极的磁通，该磁通垂直地指向存储介质的硬层。这允许使用具有较高的矫顽磁力的存储介质，因此，可以在介质中存储更稳定的位。
在减少磁介质颗粒尺寸用于高面密度记录时，超顺磁的不稳定性成为一个问题。在颗粒体积V足够小使得不等式KuV/kBT＞40不再能保持时，超顺磁效应是最明显的。Ku是材料的磁晶态各向异性能量密度，kB是玻尔兹曼(Boltzmann)常数，而T是绝对温度。当不满足这个不等式时，热能去磁各个颗粒而所存储的数据位将是不稳定的。因此，在为了增加面密度而减少颗粒尺寸时，对于给定材料Ku和温度T达到一个阈限，使得稳定的数据存储不再是切实可行的。
可以通过采用由具有非常高的Ku的材料形成的记录介质来提高热稳定性。不过，可用的记录头没有能力提供充分的或足够高的写入磁场以在这样一种介质上写入。热辅助的磁记录，有时称为光或热辅助记录，已被建议用于克服与超顺磁效应相关联的至少某些问题。热辅助磁记录通常指局部加热记录介质以减少记录介质的矫顽磁性，因此在由热源引起的记录介质的临时磁软化期间所施加的写入磁场可以更容易地操纵记录介质的磁化的。
通过加热介质，减少了Ku或矫顽磁性，使写入磁场足以向介质写入。一旦冷却到环境温度，介质就具有足够高的矫顽磁性值来保证已记录信息的热稳定性。当向介质施加热或光源时，所希望的是将热或光限制于发生写入的磁道，并在被加热的介质近处产生写入场以完成高面密度记录。被加热的点与写入场点之间的间距应该是最小的或尽可能小，使写入会发生，同时介质温度实质上大于环境温度。一旦写入完成这还提供了介质的有效冷却。
为了增加光辅助写入头中的面密度，光束的点尺寸可以通过减少光的波长或增加聚集元件的数值孔径来减少。直接或间接减少有效光点尺寸的其它光技术通常称为“超限分辨”技术。例如，这是众所周知的：把具有针孔(具有比所聚集的点尺寸更小的直径)的光阑足够靠近被观察的对象，可增加显微镜的分辨能力。如另一个例子，锥形的光纤已用于实现在近场扫描光显微术中的超限分辨。
存在一种对改进的磁记录头的需求，它克服已知的光辅助磁记录头的限制、不利和/或缺点。
发明内容
本发明提供与磁存储介质一起使用的记录头，包括用于为传输辐射能提供一个通路的波导；定位在波导中且包括多个臂的近场耦合结构，每一臂具有平面部分和弯曲部分，其中，平面部分实质上平行于磁存储介质的表面，而弯曲部分朝磁存储介质延伸并被分开以形成毗邻于空气轴承表面的缝隙；以及用于将写入磁场施加于由辐射能加热的磁记录介质的部分的装置。
记录头还可以包括定位在通路中的半反射层与磁存储介质的表面一起形成共振腔。用于将写入磁场施加于磁记录介质的装置包括磁轭，它具有写入极，返回极和用于在轭中产生磁通的线圈，其中近场耦合结构位置毗邻于写入极。
波导可以包括毗邻于写入极安装的透明层，其中写入极位于从近场耦合结构向下的磁道(track)。近场耦合结构可以形成毗邻于记录头的空气轴承表面的正方形开口。
本发明还包括磁盘驱动器存储系统，它包括外壳；用于支持定位在外壳中的磁存储介质的装置；以及用于将记录头定位毗邻于可旋转的磁存储介质的装置，其中记录头包括用于为传输辐射能提供通路的波导；定位在波导中且包括多个臂的近场耦合结构，每一臂具有平面部分和弯曲部分，其中，平面部分实质上平行于磁存储介质的表面，而弯曲部分朝磁存储介质延伸并被分开以形成毗邻于空气轴承表面的缝隙；以及用于将写入磁场施加于由辐射能加热的磁记录介质的部分的装置。
本发明还包括一种在数据存储介质上记录数据的方法，该方法包括通过施加辐射能于波导来加热数据存储介质的一部分，波导包括透明层、半反射层和近场耦合结构，处在某一频率时使得在半反射层与数据存储介质的表面之间的辐射能共振；以及将写入磁场施加于由辐射能加热的数据存储介质部分。
附图说明
图1是可以包括按照本发明构造的记录头的图示；
图2是按照本发明构造的记录头的侧视图；
图3是图2的记录头的部分波导的截面图；
图4是在与图3所示的视图垂直的平面上得到的图3的部分波导的截面图；
图5是图2的记录头的近场耦合结构的等距视图；
图6是按照本发明构造的另一记录头的侧视图；以及
图7是图6的记录头的部分波导的截面图。
具体实施方式
参考附图，图1是可以使用按照本发明构造的记录头的磁盘驱动器10的图示。磁盘驱动器10包括机壳12(在此视图中去掉了上面部分并可看到下面部分)，其大小和结构可包含磁盘驱动器的各种组件。磁盘驱动器10包括主轴电动机14用于旋转至少一个磁存储介质16。在外壳12内包含至少一个臂18，其中臂18具有第一端20和第二端24，第一端20用于支持记录头或滑动器22，第二端24通过轴承26以在枢轴上转动方式安装轴上。驱动电动机28位于臂的第二端24，用于围绕枢轴旋转臂18，把记录头22定位在磁盘16上所需的扇区或磁道上的位置。驱动电动机28是由控制器控制的，在此视图中未示出控制器，但它在本领域是众所周知的。
图2是按照本发明构造的垂直磁记录头30的局部示意性侧视图。记录头包括使用已知技术构造的磁写入头32并包括构成写入极36和返回极38的轭34。记录头30位置毗邻于垂直磁存储介质40，后者具有由基底46支持的磁硬层42和磁软层44。空气轴承48将存储介质与记录头分开距离D。线圈50用于控制轭的磁化以在毗邻于写入头的空气轴承表面54的写入极末端52处产生写入场。记录头30也可以包括没有示出的读出头，它可能是任何常规类型的读出头，如本领域内一般公知的。
垂直磁存储介质40位置毗邻于记录头30或在其之下，并沿箭头A的方向行进(travel)。记录介质40包括基底46，它可能由任何合适的材料诸如陶瓷玻璃或非晶形玻璃制成的。软磁底层44沉积在基底46上。软磁底层44可能由任何合适的材料诸如例如具有Co、Fe、Ni、Pd、Pt或Ru的合金或多层制成的。硬磁记录层42沉积在软底层44上，在硬层42中包含垂直取向的磁畴56。用于硬磁记录层42合适的硬磁材料包括从例如在环境温度下具有相对高的各向异性的FePt或CoCrPT合金中选择的至少一种材料。
记录头30还包括用于加热磁存储介质40的装置，该磁存储介质40接近写入极36施加写入磁场H于存储介质40的位置。明确地说，用于加热的装置包括由透明层60形成的光波导58。光波导58结合辐射能的源62起作用，辐射能源通过光纤64传输辐射能，光纤64是与光波导60光通信的。辐射能可以是，例如可见光、红外线或紫外线辐射。源提供表面等离子体激光和导模(guided mode)的产生，它们通过光波导58朝着沿其空气轴承表面而形成的热辐射表面66传播。一般由参考号68表示的所传输的辐射能，从光波导58的热辐射表面66传递到存储介质的表面用于加热存储介质40的局部区域，尤其是用于加热硬磁层42的局部区域。
源62可能是，例如激光二极管或其它合适的激光光源。在介质40的表面，表面等离子体将它们的一部分能量转换成介质40中热量。透明层可能例如由基于二氧化硅的材料，诸如SiO2形成。透明层应是不导电的电介质，并且具有极低的光吸收作用(高传输率)。应理解为，除了透明层，波导58可能包括毗邻于透明层的任选的外包层，诸如铝，或任选的保护层，诸如氧化铝，用于保护波导58。
另外，波导58包括近场耦合结构70，用于将辐射能限制于记录点。具体地说，如在图3、4和5中所示，近场耦合结构包括多个臂72、74、76和78。
图3是部分光波导58的放大截面图。波导包括透明层60和在本实施例中被嵌入在透明层60内和第一和第二臂72和74。臂72包括第一部分80和第二部分82，前者位置实质上平行于存储介质的表面，而后者从第一部分向空气轴承表面以第一角度θ1延伸。臂74包括第一部分84和第二部分86，前者位置实质上平行于存储介质的表面，而后者从第一部分向空气轴承表面以第二角度θ2延伸。臂72和74的第二部分的末端88和90被分开而形成缝隙92。缝隙具有某个宽度，例如可以小于50毫微米。缝隙的宽度确定近辐射场的幅度，并希望在介质中得到的热场在最大尺度上不大于50毫微米。
图4是在与图3的平面垂直的平面中取得的图3的部分光波导58的放大截面图。所示的波导还包括第三和第四臂76和78，它们也嵌入在透明层内。臂76包括第一部分94和第二部分96，前者位置实质上平行于存储介质的表面，而后者从第一部分起向空气轴承表面以第一角度θ3延伸。臂78包括第一部分98和第二部分100，前者位置实质上平行于存储介质的表面，而后者从第一部分向空气轴承表面以第二角度θ4延伸。臂76和78的第二部分的末端102和104被分开而形成缝隙106。
图5是臂72、74、76和78的等距视图，将它们定位在一起以形成近场耦合结构70。在此视图中，看到臂的弯曲部分具有梯形形状。臂的末端形成开口110，用于通过来自光源的辐射能。尽管所例示的开口具有正方形形状，但应理解为可以使用其它形状。臂应该由光频带的极佳导体诸如Au、Ag或Cu制成。在图3和4表示为L的臂的全长可以由与波导中的励磁辐射有关的共振条件确定，因此一对臂的全长将相当于在波导中的辐射的一半或全波长的整数倍。这将实现共振耦合条件。全长是由臂72、74、76和78形成的天线的总跨距。也就是说，例如，在图3中从臂部分80的外边缘至臂部分84的外边缘的距离。这个距离与结构的缝隙长度不同且无关。在臂之间的开口和缝隙相当于所希望的近辐射场范围，如上面指出的。
为了最有效地加热记录介质40，光波导58的热辐射表面66最好与介质40隔开，更具体地说，与硬磁层42隔开大约2毫微米至大约50毫微米的距离。应理解为，分开的距离也取决于保持由记录头30可接受的读写(用于加热的电磁耦合)所要求的飞行高度。
图2的写入头允许加热在写入极36附近的记录介质40，写入极36将写入磁场H施加于记录介质40。它还提供将波导58与写入极36对准以保持加热施加在发生写入的介质40的相同磁道中。毗邻于写入极36的定位光波导58，提供增加的写入效率，因为写入场H被立即从记录介质已加热的地方向下施加于磁道。热点将在理想情况下提高介质40的温度到大约200。记录发生在热剖面，它在介质40中也可以称为热场或热分布，对于介质40矫顽磁性等于所施加的记录场。理想情况下，此热剖面应该靠近写入极36的边缘，在那儿磁场梯度是最大的。这将记录介质40中的最急剧的变化。光波导58可整体地与写入极36一起形成。
在操作中，记录介质40在记录头30下以在图2中的箭头A指示的方向通过。源62通过光纤64将辐射能传输至光波导58。光波导58传输光能用于加热存储介质40。更准确地说，在写入极36将写入磁场H施加于记录介质40之前，加热记录层42的局部区域以减少其矫顽磁性。有利地，这允许使用较高矫顽磁性存储介质同时限制超顺磁的不稳定性，这种不稳定性可能会因用于高记录密度的这类记录介质而发生。
在从介质40被加热的地方向下的磁道位置，写入磁场36将写入磁场施加于介质40用于在记录介质40中存储磁数据。施加写入场H，同时记录介质40保持足够高温度用于降低记录介质40的矫顽磁性。这保证写入极36可以提供充分的或足够高的写入磁场来在记录介质40上执行写入操作。如在此所述，有利的是，记录头30允许写入点靠近记录介质40被加热的位置。
图6是可以按照本发明的另一实施例构造的记录头112的侧视图。在图6的实施例中，在透明层60内添加半透明层114。
图7是图6的部分波导的截面图。半透明层114与数据存储介质的表面结合在一起建立共振腔116。共振腔将使电磁能量能够″再循环″，并因而增强设备的吞吐率。从半透明层到反射表面的高度可以相当于辐射波长一半的整数倍。
虽然已经在此为了说明本发明且不是为了限制本发明而描述了本发明的特定实施例，但是，那些本领域的熟练技术人员将意识到，可在不脱离如在所附的权利要求书中定义的本发明的范围的情况下，进行细节、材料和部件布局的众多变化。

Claims (20)

1.一种与磁存储介质一起使用的记录头，其特征在于，所述记录头包括：
用于为传输辐射能提供一个通路的波导(58)；
定位在波导中且包括多个臂(72，74，76，78)的近场耦合结构(70)，每一臂具有平面部分和弯曲部分，其中，平面部分实质上平行于磁存储介质的表面，而弯曲部分朝磁存储介质延伸并被分开以形成毗邻于空气轴承表面的缝隙；以及
用于将写入磁场施加于由辐射能加热的磁记录介质的部分的装置(32)。
2.如权利要求1所述的记录头，其特征在于，所述记录头还包括：
位于通路中的半反射层(114)，与磁存储介质的表面一起形成共振光腔(116)。
3.如权利要求2所述的记录头，其特征在于，将半反射层定位成距离磁存储介质实质上等于辐射能的半波长的整数倍。
4.如权利要求1所述的记录头，其特征在于，用于将写入磁场施加于磁记录介质的装置包括：
磁轭(34)，它具有写入极(36)，返回极(38)和用于在轭中产生磁通的线圈(50)，其中近场耦合结构位置毗邻于写入极。
5.如权利要求4所述的记录头，其特征在于，波导包括毗邻于写入极安装的透明层(60)。
6.如权利要求4所述的记录头，其特征在于，写入极位于从近场耦合结构向下的磁道。
7.如权利要求1所述的记录头，其特征在于，多个臂包括四个臂，并且其中，臂的弯曲部分形成毗邻于空气轴承表面的正方形开口(110)。
8.如权利要求1所述的记录头，其特征在于，近场耦合结构的长度实质上等于波导中辐射的半波长或全波长的整数倍。
9.一种磁盘驱动器存储系统(10)，其特征在于，所述系统包括：
外壳(12)；
用于支承定位在外壳中的磁存储介质的装置(14)；以及
用于将记录头定位毗邻于可旋转的磁存储介质的装置(18)，所述记录头(30)包括：
用于为传输辐射能提供通路的波导(58)；
定位在波导中且包括多个臂(72，74，76，78)的近场耦合结构(70)，每一臂具有平面部分和弯曲部分，其中，平面部分实质上平行于磁存储介质的表面，而弯曲部分朝磁存储介质延伸并被分开以形成毗邻于空气轴承表面的缝隙；以及
用于将写入磁场施加于由辐射能加热的磁记录介质的部分的装置(32)。
10.如权利要求9所述的磁盘驱动器存储系统，其特征在于，记录头还包括：
位于通路中的半反射层(114)，与磁存储介质的表面一起形成共振腔(116)。
11.如权利要求10所述的磁盘驱动器系统，其特征在于，将半反射层定位成距离磁存储介质实质上等于辐射能的半波长的整数倍。
12.如权利要求9所述的磁盘驱动器存储系统，其特征在于，用于将写入磁场施加于磁记录介质的装置包括：
磁轭(34)，它具有写入极(36)，返回极(38)和用于在轭中产生磁通的线圈(50)，其中近场耦合结构位置毗邻于写入极。
13.如权利要求12所述的磁盘驱动器存储系统，其特征在于，波导包括毗邻于写入极安装的透明层(60)。
14.如权利要求12所述的磁盘驱动器存储系统，其特征在于，写入极位于从近场耦合结构向下的磁道。
15.如权利要求9所述的磁盘驱动器存储系统，其特征在于，多个臂包括四个臂，并且其中，臂的弯曲部分形成毗邻于空气轴承表面的正方形开口(110)。
16.如权利要求9所述的磁盘驱动器存储系统，其特征在于，用于施加磁场的装置包括：
垂直写入头(112)。
17.如权利要求9所述的磁盘驱动器存储系统，其特征在于，近场耦合结构的长度实质上等于波导中辐射的半波长或全波长的整数倍。
18.一种在磁存储介质上记录数据的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过施加辐射能于波导(58)来加热数据存储介质(40)的一部分，波导(58)包括透明层(60)、半反射层(114)和近场耦合结构(70)，处在某一频率时使得在半反射层与数据存储介质的表面之间的辐射能共振；以及
将写入磁场施加于由辐射能加热的数据存储介质部分。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，近场耦合结构与数据存储介质的表面隔开，距离大约2毫微米至大约50毫微米。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，将半反射层定位成实质上距离磁存储介质等于辐射能的半波长的整数倍。
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