title: Noise sources and analysis of heat assisted recording
Creators: name: Slanovc, Florian
Publisher: name: TU Wien
Year: 2018
Subjects: subject: heat assisted recording
subject: transition noise
subject: remanence noise

description: Die Festplattenindustrie ist ständig auf der Suche nach Technologien, welche die Schreibund Lesegeschwindigkeiten erhöhen, Materialkosten senken oder Speicherdichte erhöhen. Da Weiterentwicklungen oft nicht alle dieser Vorteile in gleichem Maße abdecken, ist es erforderlich, auch auf den gewünschten Anwendungsbereich zu berücksichtigen. Oft ist es das Ziel, möglichst viel Speicher mit langer Lebenszeit auf engstem Raum preiswert unterbringen zu können. Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR) ist eine Technik, mit der Bits auf magnetische Speichermedien geschrieben werden können. Dabei wird das magnetische Material kurzzeitig an bzw. über die Curie-Temperatur erhitzt, um die Ummagnetisierung zu erleichtern. Der Vorteil gegenüber einem herkömmlichen Schreibprozess, in welchem die Ummagnetisierung ausschließlich durch das angelegte externe Magnetfeld geschieht, ist eine feinere räumliche Auflösung und damit verbundene größere lineare Dichte des Bitmusters. Hierbei können unter anderem auch herkömmliche granulare Speichermedien verwendet werden, was die Materialkosten in Grenzen hält. Damit eine derartige Technologie auch für die praktische Anwendung verwendet werden kann, ist es nötig, die Qualität des erhalten Bitmusters bei einem Schreibprozess zu untersuchen. Damit die Bits im Leseprozess problemlos detektiert werden können, ist eine entsprechend hohe Signal-to-noise ratio (SNR) erforderlich. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Einflüsse verschiedenster Materialeigenschaften der magnetischen Körner auf die SNR zu erkunden. Diese Resultate sollen helfen, bei der Auswahl von Materialzusammensetzungen die höchstmögliche SNR zu erzielen. Das charakteristischen Verhalten eines zylindrischen magnetischen Korns mit bestimmtem Durchmesser in einem HAMR-Schreibprozess kann mittels eines 2D-Phasendiagramms beschrieben werden. Er beinhaltet die Ummagnetisierungswahrscheinlichkeit des Korns in Abhängigkeit von Maximaltemperatur des Hitzepulses und Phasenddifferenz zwischen Hitzepuls und angelegtem Magnetfeld. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Ummagnetisierungswahrscheinlichkeiten auf ein granulares Medium übertragen und anschließend der Leseprozess simuliert, um aus dem erhaltenen Signal die SNR zu bestimmen. Da diese in Abhängigkeit der Gestalt des Phasendiagramms entsprechend variiert, wurde mithilfe eines mathematischen Modells basierend auf den charakteristischen Parametern die Gestalt des Phasendiagramms modelliert. In diesem Modell lassen sich die Parameter jeweils unabhängig voneinander variieren und damit deren Einfluss auf die SNR gezielt untersuchen. Die erhaltenen Resultate geben Auskunft darüber, welche Gestalt ein entsprechendes Phasendiagramm haben sollte, um damit Bits mit einer ansprechenden SNR schreiben zu können. Abgesehen von diesen Untersuchungen in Kapitel 6 beschäftigt sich die Arbeit auch mit den theoretischen Modellen zur numerischen Simulation von Ummagnetisierungswahrscheinlichkeiten eines einzelnen magnetischen Korns in Kapitel 3 und der dafür erforderlichen Zeitintegrationsverfahren von stochastischen Differentialgleichungen in Kapitel 4. In Anhang A ist außerdem ein mathematischer Exkurs zu räumlichen Isotropie von Bilinearformen gemacht. In Anhang C und D findet man eine Dokumentation des Sourcecodes, der für die Übertragung der Ummagnetisierungswahrscheinlichkeiten aus dem Phasendiagramm auf ein granulares Medium und anschließende SNR-Berechnung mittels des SNR-Calculator von SEAGATE verwendet werden kann.
description: The hard disk industry is constantly on the lookout for technologies that increase write and read speeds, reduce material costs or increase storage density. Since the further developments often do not cover all these demands to the same extent, it is necessary to consider also the desired field of application. It is often the goal to store as much memory as possible with a long service life in the smallest space and at a reasonable price. Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR) is a technique for writing bits onto magnetic storage media. The magnetic material is briefly heated to or above the Curie temperature to facilitate remagnetization. The advantage over a conventional writing method, where the magnetization is performed exclusively by the applied external magnetic field, is a finer spatial resolution and the associated higher linear density of the bit pattern. Among other things, conventional granular storage media can also be used, which keeps material costs within reasonable limits. For such a technology to be applied in practice, it is necessary to examine the quality of the bit pattern obtained during a write operation. A high signal-to-noise ratio (SNR) is required so that the bits can be easily recognized during the reading process. The aim of this work is to investigate the influence of different material properties of the magnetic grains on the SNR. These results should help to achieve the highest possible SNR when selecting the material composition. The characteristic behavior of a cylindrical magnetic grain with a certain diameter in a HAMR writing process can be described with a 2D phase diagram. It contains the probability that the grain will be magnetized depending on the maximum temperature of the thermal pulse and the phase difference between the thermal pulse and the applied magnetic field. In this paper, the probabilities of remagnetization are transferred to a granular medium and then the reading process is simulated to determine the SNR from the received signal. Since this varies according to the shape of the phase diagram, the diagram was modelled using a mathematical model based on the characteristic parameters. In this model, the parameters can be varied independently of each other and their influence on the SNR can be specifically investigated. The results obtained provide information on how a phase diagram should look in order to be able to write bits with an attractive SNR. In addition to these investigations in Chapter 6, the work also deals with the theoretical models for the numerical simulation of the remagnetization probabilities of a single magnetic grain in Chapter 3 and the time integration methods of stochastic differential equations required for this in Chapter 4. Appendix A also contains a mathematical excursus on the spatial isotropy of bilinear forms. Appendices C and D contain a documentation of the source code which can be used for the transfer of the magnetization probabilities from the phase diagram to a granular medium and the subsequent SNR calculation with the SNR calculator of SEAGATE.