Цифровая магнитная запись, применяемая в компьютерной технике, производится на магниточувствительный (ферромагнитный) материал. К таким материалам относятся некоторые разновидности оксидов железа, никель, кобальт, их сплавы и другие материалы. Магнитное покрытие очень тонкое (до доль микрометров). Причем, чем тоньше покрытие, тем выше качество записи. Покрытие наносится на немагнитную подложку, в качестве которой для магнитных лент и гибких дисков используются различные пластмассы, а для жестких дисков — алюминиевые и стеклокерамические круглые диски. Магнитное покрытие диска имеет доменную структуру, т. е. состоит из множества мельчайших зон, намагниченных определенным образом.
Магнитное покрытие носителя (рабочий магнитный слой), в котором происходит непосредственная регистрация информации и ее хранение, выполняется из магнитотвердого материала со сравнительно большими значениями коэрцитивной силы (HC=12000—80000 А/м) и остаточной индукции (Br = 0,1—0,6 Тл). Единицы напряженности магнитного поля 1Э (эрстед) = 79,58 А/м. Чем больше значение коэрцитивной силы, тем более сильное магнитное поле требуется для перемегничивания материала магнитного покрытия.
Магнитный домен (10-5 – 10-2 см) (от лат. dominium- владение) – это спонтанно возникающая макроскопическая однородно намагниченная область в ферромагнитных образцах, отделенная от соседних областей тонкими переходными слоями. Магнитные моменты атомов в доменах ориентированы параллельно.
В отсутствие внешнего поля хаотично ориентированные магнитные моменты отдельных доменов взаимно компенсируют друг друга, поэтому результирующее поле ферромагнетика близко к нулю.
Зависимость намагниченности ферромагнитных материалов от внешнего магнитного поля имеет нелинейный характер и описывается так называемой петлей гистерезиса (рис.2).
При включении внешнего магнитного поля H домены, направление спонтанной намагниченности которых совпадает с направлением поля, начинают увеличиваться в размерах, что приводит к отличной от нуля результирующей намагниченности М. При увеличении поля ферромагнетик переходит в состояние насыщения, при котором дальнейшее возрастание поля уже не приводит к изменениям в его доменной структуре и росту его намагниченности. В этом состоянии, которое характеризуется намагниченностью насыщения Ms, магнитные моменты всех доменов ориентированы одинаково, вдоль направления внешнего магнитного поля. Если намагниченный до насыщения образец начать размагничивать, уменьшая внешнее поле, то из-за необратимого смещения границ доменов даже в его отсутствие сохраняется некоторая намагниченность Mr, называемая остаточной.
Использование зависимости остаточного намагничивания ферромагнитных материалов от величины внешнего намагничивающего поля и лежит в основе процесса записи информации на магнитные носители. Запись информации осуществляется путем последовательного воздействия внешнего магнитного поля, изменяющегося по закону информационного сигнала, на различные участки носителя, а её считывание - путем последовательной регистрации остаточного намагничивания этих участков.
При пропускании тока через обмотку записывающей головки вокруг нее возникает магнитное поле рассеяния, которое воздействует на прилегающую к ней область ферромагнитного рабочего слоя движущегося магнитного носителя. Под воздействием этого поля происходит переориентация элементарных магнитных полей доменов. Домены, намагниченность которых ориентированы вдоль направления внешнего поля, начинают расти, поглощая соседние, состояние которых менее энергетически выгодно. После прекращения воздействия поля записи изменения в размерах и ориентации магнитных доменов частично сохраняются. При периодическом изменении поля записи в рабочем слое носителя возникает цепочка чередующихся участков с противоположными направлениями намагниченности, которые соприкасаются друг с другом одноименными полюсами (рис.3в).
Таким образом формируется магнитная сигналлограмма - последовательность намагниченных участков на рабочей поверхности носителя, однозначно соответствующая временному распределению амплитуд информативного сигнала. Именно это пространственное распределение зон остаточной намагниченности регистрирует затем головка считывания. Следует отметить, что в цифровой магнитной записи при считывании детектируются не сами зоны остаточной намагниченности той или иной полярности, а переходы между ними (рис. 3г).
Задача уничтожения информации на магнитном носителе, заключающаяся в разрушении созданных при записи следов остаточной намагниченности, решается либо перемагничиванием носителя, либо намагничиванием его до состояния насыщения.
На практике первое решение (перемагничивание) реализуют применением специальных головок стирания, которые воздействуют на носитель постоянным или переменным магнитным полем. В технике цифровой магнитной записи, в частности в жестких дисках, головка стирания, как правило, не используется - новая информация записывается непосредственно поверх старой, затирая ее. Эти способы достаточно просты, но кроме значительных затрат времени (сопоставимых со временем записи), они не обеспечивают высокой надежности уничтожения информации. Возможными причинами этого могут быть недостаточно высокий уровень стирающего поля, несовпадение форматов записи и стирания, неточность позиционирования головки в последовательных циклах записи, дефекты носителей и головок и др.
Для решения второй задачи (намагничивания магнитных носителей до состояния насыщения) обычно используются специализированные устройства - намагничиватели, принцип действия которых состоит в воздействии на носитель одним или серией мощных импульсов магнитного поля. Напряженность создаваемого намагничивателем поля может изменяться в зависимости от типа накопителя, но она всегда превышает значение поля насыщения Hs для конкретного материала рабочего слоя. Поэтому носитель равномерно намагничивается до насыщения по всей поверхности, что обеспечивает полное уничтожение информации. Недостатком такого подхода является то, что некоторые типы накопителей, например, жесткие диски, при таком воздействии выходит из строя и дальнейшее их использование становится невозможным.
|