Nuevo modelo de simulación de tecnologías de grabación magnética

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Expertos en Física de Reino Unido y Tailandia han desarrollado un nuevo modelo de simulación de sistemas de grabación magnética, capaces de representar fielmente todos los aspectos de estas tecnologías. Este avance permitirá estudiar de forma teórica multitud de tecnologías de grabación magnética basada en películas finas de medios granulares, como los empleados en los HDD o la cinta magnética.

Las tecnologías de grabación en soportes magnéticos todavía tienen muchas décadas por delante, ya que tanto los discos duros HDD como la cinta magnética LTO ofrecen una capacidad muy superior al de cualquier otro medio de grabación óptica o electrónica. Pero su evolución requerirá importantes esfuerzos para aumentar la densidad de área de los soportes magnéticos. En este sentido se están realizando grandes avances con tecnologías como HAMR, MAMR, SMR, combinaciones de algunas de estas tecnologías, cinta LTO y otros formatos de grabación en capas o en pistas solapadas.

Uno de los factores que más limitan la evolución de la grabación magnética es la naturaleza de los medios de grabación magnética, que se basan en películas finas de materiales granulares en los que se registran los datos mediante cambios de magnetismo. Para aumentar la densidad de área de estos soportes la industria está aplicando técnicas avanzadas de simulación que permiten representar digitalmente las características de los materiales a nivel de física, química, temperatura y magnetismo, que están ampliando el conocimiento de los investigadores sobre los materiales y los mecanismos de manipulación del magnetismo.

Recientemente, un nutrido equipo de expertos en física pertenecientes a la Universidad de York (Reino Unido), la Universidad Mahasarakham (Tailandia) y la Universidad Sheffield Hallam (Reino Unido) han presentado un nuevo modelo de simulación que podría aportar grandes avances en este campo de estudio.

Como explican en el artículo publicado en la revista Computer Physics Communications, el modelado micromagnético permite simular grandes sistemas magnéticos con una gran precisión, sin la limitación computacional que impone el modelado a escala atómica. Este enfoque no se centra en el comportamiento de las partículas a una escala tan pequeña, algo que están utilizando muchos otros investigadores, sino en todo tipo de soportes magnéticos a gran escala.

Esto permite simular el comportamiento de miles de granos de material magnético en un rango de tiempo que va desde los nanosegundos a varios años. En su trabajo lo definen como MARS (Modelos de Sistemas de Grabación Avanzados). Se trata de un código micromagnético de escala de tiempo múltiple de código abierto que combina tres solucionadores clave: Landau-Lifshitz-Gilbert, Landau-Lifshitz-Bloch y Kinetic Monte Carlo.

Afirman que es capaz de simular con precisión la dinámica de magnetización en sistemas granulares de una o varias capas grandes y estructuralmente complejas. Con una escala de tiempo corta logran simulaciones para sistemas lejos y cerca de la temperatura de Curie, empelando los solucionadores Landau-Lifshitz-Gilbert y Landau-Lifshitz-Bloch, respectivamente. Esto permite simular las operaciones de lectura y escritura de la tecnología de Grabación Magnética Perpendicular (PMR, o CMR) y también de la Grabación Magnética Asistida por Calor (HAMR).

Y con le solucionador Kinetic Monte Carlo es posible simular el comportamiento a una escala de tiempo larga para investigar la relación señal-ruido y la longevidad de los datos. Además, combinando estos métodos es posible simular múltiples escalas de tiempo dentro de un solo paquete de software, por ejemplo, para simular todo el proceso HAMR desde la escritura inicial de los datos y su lectura posterior hasta el almacenamiento a largo plazo, todo en una única simulación.

Sus creadores afirman que, además, el uso de la parametrización a escala atómica para la entrada de materiales de MARS permitirá descripciones muy precisas del comportamiento de materiales, sirviendo de puente entre la simulación a escala atómica y la experimentación en el mundo real. Esto hace que su modelo sea capaz de simular todos los aspectos clave de la investigación y el desarrollo de nuevos materiales para la grabación magnética, abarcando desde la caracterización y optimización de materiales hasta el diseño e implementación de sistemas.

Además, MARS está orientado a objetos, y está estructurado para facilitar el desarrollo rápido y simple, y la implementación sencilla de simulaciones personalizadas definidas por el usuario. Así, este puede aplicar la escala de tiempo o la combinación de escalas de tiempo preferidas para investigar a su manera los aspectos que considere más importantes de posibles nuevos soportes de grabación magnética.

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