Investigaciones sobre los efectos de la temperatura en los discos duros HAMR

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Uno de los factores que permite a la tecnología HAMR aumentar la densidad de área con respecto a los HDD clásicos es el aumento de la temperatura del medio de grabación. Pero la precisión con que se aplica esta temperatura es clave, y los principales representantes de la industria siguen investigando para conocer más a fondo los efectos que provoca el calor en los soportes magnéticos y cómo controlarlos mejor para seguir incrementando la capacidad de los HDD.

La Grabación Magnética Asistida por Calor (HAMR) se ha convertido en la tecnología dominante en los nuevos discos duros magnéticos de alta capacidad. Este sistema se basa en aplicar calor sobre la superficie de un disco con unas propiedades y materiales concretos, haciendo que los datos puedan registrarse con más precisión sobre la superficie del disco rígido. Esto permite grabar los datos en áreas más pequeñas, aprovechando mejor el espacio físico disponible.

Para la fabricación del medio de grabación generalmente se emplean aleaciones de FePt, con un tamaño de grano inferior al de los discos rígido empleados en los HDD tradicionales. Al ser más pequeñas, la sensibilidad al calor de estas partículas es diferente a la de granos más gruesos, y una investigación realizada por expertos en física de la Universidad de York y la Universidad de Southampton revela un problema asociado al exceso de temperatura.

En el artículo que han publicado recientemente en la revista Physical Review B explican que empleando un modelo a escala atómica han podido estudiar computacionalmente la dependencia de la temperatura de Curie de soportes basados en L10-FePt en los efectos de superficie y tamaño finito de los medios de grabación HAMR. Sus cálculos han determinado que existe un umbral de tamaño de 3,5 nanómetros, por debajo del cual el impacto de los efectos de tamaño finito comienza a penetrar en el núcleo de los granos de este material, y reduce la temperatura de Curie de la aleación.

La temperatura de Curie es aquella a partir de la cual una partícula magnética pierde su magnetismo, lo que en un disco duro significaría pérdida de datos. Y estos científicos han descubierto una correlación entre la temperatura de Curie y el porcentaje de enlaces atómicos que se pierden en la superficie en función del tamaño del grano empleado en el disco rígido. Además, afirman que este efecto negativo no solo se produce en las aleaciones L10-FePt, sino que afecta a cualquier sistema magnético de cualquier estructura cristalina.

La industria investiga para conocer mejor los efectos de la temperatura en HAMR

Mientras estos y otros investigadores profundizan en el conocimiento de los efectos magnéticos a escala atómica en relación al calor, los principales fabricantes de discos duros están haciendo lo propio para mejorar el funcionamiento y ampliar la capacidad de sus futuros discos HAMR. Un ejemplo es la firma Western Digital, cuyos expertos han creado un nuevo método de medición para conocer a fondo la distribución de temperatura de conmutación en los medios de grabación HAMR.

En un artículo publicado recientemente en IEEE Transactions on Magnetics explican que este nuevo método emplea componentes HAMR en sistemas de grabación convencionales, como testeadores de soporte giratorio y unidades de disco duro. Mediante mediciones de ruido de CC han elaborado un mapa bidimensional de la probabilidad de cambios en el grano en función de la temperatura del medio y del campo magnético aplicado, dos parámetros controlados por la potencia del láser del cabezal de grabación HAMR y la corriente del mecanismo empleado en la escritura, respectivamente.

Afirman que esto proporciona acceso a los detalles de la temperatura del soporte HAMR y las distribuciones de campo, así como información útil sobre las operaciones de grabación del sistema HAMR. Teniendo en cuenta la importancia de controlar la temperatura para no afectar al rendimiento y la durabilidad de los discos HAMR y a la retención de datos, esta información puede ser muy valiosa para conocer el estado de salud de la unidad, su eficacia y posibles problemas que indiquen una próxima falla o el fin de su vida útil.

Otra investigación reciente realizada por los expertos del fabricante Seagate Technology se ha centrado en la caracterización de constantes de tiempo térmico en los medios de grabación HAMR. En un artículo publicado también en la revista IEEE Transactions on Magnetics describen las mediciones experimentales realizadas en el soporte giratorio de los discos HAMR, y los resultados de las simulaciones que han realizado sobre las constantes de tiempo asociadas con los cambios térmicos en los soportes magnéticos HAMR.

Estas alteraciones están asociadas con los diferentes pasos crecientes y decrecientes en la potencia del láser, y contienen al menos dos constantes de tiempo cada una:  de 1 nanosegundo y de 10 nanosegundos. Dichas constantes se asocian al pico térmico central en los medios de grabación y en el “fondo térmico difuso”, respectivamente. Además, han demostrado que el tiempo que tarda en descender la temperatura es mayor que el que lleva incrementarla, debido al movimiento del disco en relación con el cabezal de grabación.

Explican que en la grabación HAMR convencional se aplica una potencia de láser constante durante el proceso de escritura, lo que genera estas variaciones. Para mitigar los problemas que pueden causar estas diferencias en el calentamiento y el enfriamiento proponen una serie de esquemas de grabación avanzados que utilizan pulsos láser para mejorar el rendimiento o la fiabilidad de la grabación. Aunque las constantes térmicas que han hallado sugieren que “se debe tener cuidado al implementar dichos esquemas para que las ubicaciones de transición no se desplacen en detrimento de la capacidad de densidad de área”.

Estos son dos ejemplos recientes de los esfuerzos que está realizando la industria por seguir evolucionando sus discos HAMR, aumentando la densidad de área el rendimiento y la fiabilidad. Esta tecnología está aplicándose a los HDD de máxima capacidad, que son uno de los principales núcleos de negocio para la industria, ya que proporcionan medios de alta densidad para los centros de datos empresariales, los proveedores de la nube y otros usos profesionales de almacenamiento masivo.

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