Исследование влияния экранирующих защитных элементов на мультиферроидные материалы многодисковых запоминающих устройств

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭКРАНИРУЮЩИХ ЗАЩИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА МУЛЬТИФЕРРОИДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ МНОГОДИСКОВЫХ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Проведены исследования влияния защитных элементов в многодисковых запоминающих устройствах на мультиферроидные материалы напыленные на магнитные диски, размещенные в пакеты носителей информации. Изменение состояния мультиферроидного материала тонкопленочного покрытия происходит во время процесса записи или стирания. Мультиферроидные материалы, в системах записи применяются как с перпендикулярной, так и с параллельной магнитной записью. Анализ состояния характеристик мультиферроидных материалов позволил уточнить их фазовые изменения от внешних воздействий и исследовать магнитные свойства. Рассмотрена модель конструкции жестких дисков, объединяющая в одном защитном корпусе носитель, устройство чтения и записи, а также, интерфейсную часть. Показано, что магнитные диски, покрытые мультиферроидным магнитным материалом, на которых хранится информация, обладают экранирующими свойствами. Эти свойства наиболее ярко проявляются в многодисковых магнитных системах, в которых диски выполнены из алюминиевого сплава и служат подложкой для мультиферроидного магнитного материала. Ослабление внешнего импульсного магнитного поля элементами НЖМД зависит от многих факторов: геометрических размеров, толщины материала экранирующих элементов, формы и длительности воздействующего импульса. Разработано и предложено технологическое оборудование для экспериментальных исследований воздействия внешних импульсных магнитных полей на мультиферроидные материалы накопителей информации, как с перпендикулярной анизотропией, так и с параллельной магнитной записью и с возможностью изменения временных и амплитудных параметров магнитного поля. Определенные значения временных и амплитудных характеристик магнитных импульсов внешнего воздействующего магнитного поля позволили провести экспериментальную оценку качества стирания информации методом атомной силовой микроскопии. Проведенное моделирование экранирующего влияния элементов НЖМД с использованием набора пластин из алюминиевого сплава позволило оценить прохождение через слой металла импульса магнитного поля и установить, что импульс не только уменьшается по амплитуде, но и увеличивается его длительность. Экспериментальные исследования магнитных свойств тонкопленочных мультиферроидных материалов современных НЖМД с предварительно записанной исходной информацией с помощью метода атомной силовой микроскопии подтвердили, что в промежутках между магнитными дисками имеются зоны повышенного экранирования, с пониженной напряжённостью внешнего стирающего магнитного поля на которых могут сохраняться остатки магнитного рельефа исходной записанной информации. Для типовых винчестеров, содержащих пять дисков, изготавливаемых иностранными фирмами, ослабление значения напряженности внешнего воздействующего магнитного поля в зависимости от изменения длительности импульса может достигать от 30 до 60%. При воздействии импульсом с большой длительностью ослабление внешнего магнитного поля меньше и его распределение является более однородным.

Для цитирования:

Хлопов Б.В., Шашурин В.Д., Самойлович М.И. Исследование влияния экранирующих защитных элементов на мультиферроидные материалы многодисковых запоминающих устройств // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2016. -Том 10. - №3. - С. 4-10.

For citation:

Khlopov B.V., Shashurin V.D., Samoylovich M.I. Research of influence of the shielding protective elements on multiferroic materials of multidisk memory devices. T-Comm. 2016. Vol. 10. No.3, рр. 4-10.

Хлопов Борис Васильевич,

д.т.н., начальник отдела, ФГУП "ЦНИРТИ им. академика АИ.Берга", Москва, Россия, hlopovu@yandex.ru

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 16-07-00642А).

Шашурин Василий Дмитриевич,

д.т.н., профессор. зав. кафедрой "Технологии приборостроения", МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия, shashurin@bmstu.ru

Самойлович Михаил Исаакович,

д.м.н., начальник отдела, Центральный научно-исследовательский технологический институт "Техномаш", Москва, Россия, samoylovich@cnititm.ru

Ключевые слова: мультиферроидные материалы, носитель информации, магнитная система, фазовый переход, коэрцитивная сила, тонкопленочный слой.

Введение

В системах внешней памяти на лисках хранится большое количество конфиденциальной информации, которая подлежит защите. В случае возникновения непредвиденных событий при терроризме, похищении государственных коммерческих и промышленных секретов, при внешних воздействиях -электромагнитными полями, актуальным становиться вопрос о эффективной защите или мгновенном уничтожении конфиденциальной информации. Поверхность дисков, покрыта мультиферроидными материалами, как с перпендикулярной, так и с параллельной магнитной записью в виде тонких пленок. Процесс записи и стирания информации состоит в локальных изменениях магнитного состояния мультнферроидного материала тонкопленочного покрытия.

Защитные элементы, экранирующие тонкопленочные слои с мультиферроидными материалами в многодисковых запоминающих устройствах

Защита информации в системах внешней памяти в основном обеспечивается конструкцией НЖМД. Конструкция жестких дисков объединяет в одном защитном корпусе носитель, устройство чтения и записи,  также, интерфейсную часть, называемую контроллером жесткого диска.

Жесткие диски включают в себя электромеханическую и электронную части. Общий вид жесткого диска со снятой крышкой корпуса показан на рис, I.

Рис. I, Общий вид жесткого диска со снятом крышкой корпуса

Электромеханическая часть размешается в жестком экранирующим защитном корпусе (1), внутри которог о закреплен шпиндельный двигатель с вращающимся шпинделем (2) и смонтированными па нем дисками накопителя (3), покрытыми тонкими пленками мультнферроидного материала, а также привод (4), обеспечивающий позиционирование головок, с установленным в этом же корпусе подвижным блоком головок чтения и записи (5). Диски размещают на шпинделе, как правило, не более пяти. Изготавливают их из сплавов алюминия или специального стекла (керамики). Магнитные диски, покрытые мульти-ферроидным магнитным материалом, на которых хранится

информация, обладают экранирующими свойствами. Наиболее распространены на сегодняшний день накопители, содержащие диски 3,5 дюйма. Размещение магнитных носителей и магнитных головок (1) приведено на рис. 2.

Рис. 2.1 (сложение блока головок относительно пакета дисков

Исследования влияния экранирующих защитных элементов НЖМД на мультифероидные материалы многодисковых пакетов запоминающих устройств проведены с учетом процессов записи и стирания информации при воздействии внешними импульсными электромагнитными полями 111. Импульсный характер поля обуславливает его экранирование металлическими элементами НЖМД и приводит к повышению защищенности и к уменьшению эффективности стирания информации. Такими элементами в НЖМД являются диски (до 4-5 дисков) выполненные из алюминиевого сплава (2), которые служат подложкой для мультнферроидного магнитного материала (3), а также дополнительные металлические элементы разделяющие диски. Ослабление внешнего импульсного магнитного поля элементами НЖМД зависит от многих факторов: геометрических размеров, толщины материала экранирующих элементов формы и длительности воздействующего импульса

Технологическое оборудование для экспериментальных исследовании воздействия внешних импульсных нолей на мультиферроилные материалы накопителей информации

Расчет Ослабления поля с учетом всех перечисленных факторов является достаточно сложной задачей, поэтому в настоящей работе экспериментально исследовалось ослабление магнитного поля создаваемого полеобразующими системами близкими по характеристикам, к системам применяемым в устройствах стирания информации на НЖМД [2]. Для исследования в технологическом оборудовании использовались полеобразующпе системы двух типов, создающие импульсные магнитные поля. [3], Магнитная система первого типа выполнена в виде соленоида прямоугольного сечения, генерирующего магнитный импульс длительностью около 1,5 мс по уровню половинной интенсивности и напряжённостью до 680 КА/м. Длина соленоида составляла 110 мм, причём полость внутри соленоида соответствовала поперечным размерам стандартных жёстких дисков формата 3,5 дюйма. Магнитная система второго типа состояла из катушек Гельмгольца, в зазор между которыми помещался исследуемый жёсткий диск, и генерировала импульс магнитного поля длительностью около 5,5 мс и напряжённостью до 600 КА/м. Наружный диаметр катушек 120 мм, внутренний диаметр 70 мм. Осциллограммы создаваемых магнитных импульсов приведены на рис. 3.

Рис. 3. Осциллограммы магнитных импульсов, создаваемых магнитными системами первого и второго типов соответственно

Моделирование экранирующего влияния элементов НЖМД проводилось с использованием набора пластин из алюминиевого сплава АМиМ с удельным сопротивлением р = 3,45 • 10"4 Ом м. Толщина пластин набора варьировалась в пределах от 1 до 10 мм. Набор пластин эквивалентен реальным конструкциям экранирующих элементов типичных многодисковых винчестеров, изготавливаемых иностранными фирмами производителями. В состав набора вошли алюминиевые пластины, являющиеся подложками мультиферроидных тонкопленочных материалов магнитного носителя, и элементы корпуса. При измерениях ПЛОСКОСТИ пластин были ортогональны силовым линиям магнитного поля.

Для магнитной системы первого типа, экранирующие пластины располагались в центральной части соленоида, причём зазор между торнами пластин и каркасом соленоида не превышал 0,5 мм. Экспериментальная зависимость напряжённое ги магнитного поля от толщины экрана приведена на рис. 4. На этом же рисунке приведена теоретическая зависимость ослабления магнитного ноля от толщины экрана, рассчитанная в соответствии с подходом, приведенным в работах [4], [5], При этом, особенности экспериментальных условий учитывались путём подбора двух эмпирических коэффициентов, учитывающих неоднородность магнитного поля связанных с конечными размерами экрана. Расчётное значение поля в точке измерений определялось по формуле;

Н

где Н^{(1) решение уравнения Э2//, _ /и0 дНс

дг1 р б/ (П

с соответствующими граничными условиями и начальными условиями, определяющими форму стирающего импульса [5]. Наилучшее соответствие расчетных кривых и экспериментальных данных, как для изменения амплитуды магнитного ноля, так и длительности импульса наблюдаются при а = 0,59 и Ь = 0,43 - для магнитной системы первого типа и а = 0,П и Ь = 0,96 - для магнитной системы второго типа. Применимость рассматриваемой модели .тля расчёта изменения длительности импульса ограничена максимальной толщиной экрана до 7 мм, что охватывает крут наиболее распространённых практических ситуаций.

Толщина экрана, мм

Рис. 4, Зависимость амплитуды импульсного магнитного поля

от толщины экрана сплошная линия - расчет, звёздочки - эксперимент для магнитной системы первого типа, пунктирная линия - расчет, кружочки - эксперимент для магнитной системы второго типа. На рисунке 5 приведены расчетные и экспериментальные, обозначенные точками, зависимости длительности импульса от толщины экрана

5........

0 2-168 Топщина экрана, мм б)

Рис. 5. Зависимость длительности импульса от толщины экрана для магнитной системы первого (а) и второго (б) типов

Т-Сотт Том 10. #3-2016

Литература

1. Гуляев Ю.В., Лобанов Б.С., Митягин Ал.Ю.. Хлопов Б.В. Разработка и создание аппаратуры для уничтожения информации с магнитных носителей // Инженерная физика. - 2010. - №1. - С.36-39,

2. Хлопов Б.В., Фесенкв М.В.. Герус С В., Митягин А.Ю., Соколовский A.A., Темирязева МЛ. Влияние экранирования при воздействии импульсных магнитных молей на жесткие магнитные носители информации // Труды XV Международной науч.-техн. конф. "Высокие технологии в промышленности России", - 2009. -С. 223-227.

3. Хлопов Б. В., Соколовский A.A.. Темирязева М.П., Митягин А./О.. Фесенко М.В. Исследование влияния импульсных магнитных полей на сохранение информации на винчестерах// Труды XIV Международной науч.-техн. конференция "Высокие технологии в промышленности России1". - Изд. ОАО "ЦНИТИ-Техномаш", Москва. 2008. С. 248.

4. Хлопов Б.В.. Самойлова B.C.. Юрьев И.А. Изменения состояния тонкопленочных слоев магнитных материалов, применяемых в системах внешней памяти жестких магнитных дисков //T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2015, №12. - С. 5-11.

5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. - М.: Наука. 1982. - С. 279, 283, 620.

6. http://www.ntmdt.ru.

7. Ггрус С. В., Митягин А.Ю., Соколовский A.A., Темирязева МЛ., Хюпов Б.В. Особенности стирания информации с многодисковых винчестеров импульсным магнитным полем /

Технология и конструирование в электронной аппаратуре, Украина, №1 (85), 2010.-С. 14-17.

8. Гуляев Ю.В., Герус C.B.. Житковский В.Д.. Казанцев Г.В., Митягин Ал.Ю., Митягин Аи.Ю., Муравьев ЭЛ., Романьков A.C., Соколовский A.A., Хюпов Б.В. Уничтожение информации с накопителей па жестких магнитных дисках // Инженерная физика. - 2004. -№2, - С.2-12.

9. Roy A.G.. Jeong S,. Laughlin D E, High-coercîviiy CoCrPt-Ti perpendicular inedia by in situ interdiffusion of CrMn ultrathin overlay-ers // IEEE Transactions on Magnetics. - 2002. - V, 38, Ks 5, Part I. -Pp. 2018-2020.

10. Гepyc C.B.. Митягин А.Ю.. Соколовский A.A., Темирязев А.Г. Крутое М.М., Хлопов Б.В. Экспериментальное исследование качества и полноты уничтожения информации с жестких магнитных дисков // Международная научно-техническая конференция "Информационные технологии н моделирование приборов и техпроцессов в целях обеспечения качества и надежности", том 1. С. 38-43, Сусс, Тунис, 2006.

11. Герус C.B., Соколовский A.A., Гуляев Ю.В., Митягин Ал.Ю., Митягин Ан.Ю.. Хюпов Б.В. Устройство для стирания записи с носителей на жестких магнитных дисках // Патент № 35919 от 10,02.2004 г.

12. Гуляев Ю.В., Хлопов Б.В., Герус C.B., Митягин А.Ю., Соколовский A.A., Темирязева МЛ., Фесенко М.В. Влияние внешних магнитных полей на информационную магнитную структуру современных жестких дисков // Нано-микросистемкая техника. № 11.-20I0.-C. 10-14.

RESEARCH OF INFLUENCE OF THE SHIELDING PROTECTIVE ELEMENTS ON MULTIFERROIC MATERIALS OF MULTIDISK MEMORY DEVICES

Khlopov B.V.,

Federal State Unitary Enterprise TsNIRTI im. akademika A. I. Berga, Russian Federation, Moscow, Russia, hlopovu@yandex.ru

Shashurin V.D., MGTU of N.E. Bauman, Moscow, Russia, shashurin@bmstu.ru Samoylovich M.I.,

Central research institute of technology "Technomash", Moscow, Russia, samoylovich@cnititm.ru

Abstract

Researches of influence of protective elements in multidisk memory devices on the multiferroic materials which are raised dust on the magnetic disks placed in packages of data carriers are conducted. Change of a condition of multiferroic material of a thin-film covering happens during process of record or deleting. Multiferroic materials, in systems of record are applied both with perpendicular, and with parallel magnetic record. The analysis of a condition of characteristics the multiferroic materials has allowed to specify their phase changes from external influences and to investigate magnetic properties. The model of a design of hard drives uniting in one protective case the carrier, the device of reading and record, and also, the interface part is considered. It is shown that the magnetic disks covered with multiferroic magnetic material on which information is stored possess the shielding properties. These properties are most brightly shown in multidisk magnetic systems in which disks are executed from an aluminum alloy and serve as a substrate for multiferroic magnetic material. Weakening of an external pulse magnetic field the NZhMD elements depends on many factors: the geometrical sizes, thickness of material of the shielding elements, a form and duration of the influencing impulse. The processing equipment for pilot studies of impact of external pulse magnetic fields on multiferroic materials of stores of information, both with perpendicular anisotropy, and with parallel magnetic record and with a possibility of change of temporary and amplitude parameters of a magnetic field is developed and is offered. Certain values of temporary and amplitude characteristics of magnetic impulses of the external influencing magnetic field have allowed to carry out an experimental assessment of quality of deleting of information by method of nuclear power microscopy. The carried-out modeling of the shielding influence of the NZhMD elements with use of a set of plates of an aluminum alloy has allowed to estimate passing through a layer of metal of an impulse of a magnetic field and to establish that the impulse not only decreases on amplitude, but also its duration increases. Pilot studies of magnetic properties thin-film the multiferroic of materials of modern NZhMD with previously written down initial information by means of a method of nuclear power microscopy have confirmed that in intervals between magnetic disks there are zones of the increased shielding with the lowered intensity of the external erasing magnetic field on which the remains of a magnetic relief of the initial written-down information can remain. For the standard winchesters containing five disks made by foreign firms, easing of value of intensity of the external influencing magnetic field depending on change of duration of an impulse can reach from 30 to 60%. At influence by an impulse with big duration weakening of an external magnetic field is less and his distribution is more uniform.

Keywords: multiferroic materials, data carrier, magnetic system, phase transition, coercive force, thin-film layer. References

1. Gulyaev Yu.V., Lobanov B.S., Mityagin A.Yu., Hlopov B.V. Development and creation of the equipment for destruction of information from magnetic carriers / Engineering physics. 2010. No. 1. Pp. 36-39.

2. Hlopov B. V., Fesenko M. V., Gerus S.V., Mityagin A.Yu., Sokolovsky A.A., Temiryazeva M.P. Influence of shielding at impact of pulse magnetic fields on rigid magnetic data carriers//Works of the XV International scientific and technical conference." HIGH TECHNOLOGIES IN the INDUSTRY of RUSSIA". 2009. Pp. 223-227.

3. Hlopov B. V., Sokolovsky A.A., Temiryazeva M.P., Mityagin A.Yu., Fesenko M.V. Research of influence of pulse magnetic fields on saving information on winchesters / Works International scientific and technical conference "High technologies in the industry of Russia". Prod. JSC TsNITI-Tekhnomash, Moscow, 2008, p. 248.

4. Hlopov B. V., Samoylova V. S., Yuryev I.A. Changes of a condition of thin-film layers of the magnetic materials applied in systems of external memory rigid magnetic discs / T-Comm. 2015. No. 12. Pp. 5-11.

5. Landau L.D., Lifshits E.M. Electrodynamics of continuous environments. Moscow. Science. 1982, pp. 279, 283, 620.

6. http://www.ntmdt.ru.

7. Gerus S.V., Mityagin A.Yu., Sokolovsky A.A., Temiryazeva M.P., Hlopov B.V. Features of deleting of information from multidisk winchesters pulse magnetic field. / Technology and designing in the electronic equipment, Ukraine, No. 1

8. Gulyaev Yu.V., Gerus S.V., Zhitkovsky V.D., Kazantsev G.V., Mityagin Al.Yu., Mityagin An.Yu., Muraviev E.N., Romankov A.S., Sokolovsky A.A., Hlopov B.V. Destruction of information from stores on hard magnetic drives//Engineering physics. 2004. No. 2, pp.2-12.

9. Roy A.G., Jeong S., Laughlin D.E. High-coercivity CoCrPt-Ti perpendicular media by in situ interdiffusion of CrMn ultrathin overlayers / IEEE Transactions on Magnetics. 2002. Vol. 38, No. 5, Part 1, pp. 2018-2020.

10. Gerus S.V., Mityagin A.Yu., Sokolovsky A.A., Temiryazev A.G., Krutov M.M., Hlopov B.V. A pilot study of quality and completeness of destruction of information from hard magnetic drives / The International scientific and technical conference "Information Technologies and Modelling of Devices and Technical Processes for Ensuring Quality and Reliability", vol. 1, pp. 38-43, Sousse, Tunis. 2006.

11. Gerus S.V., Sokolovsky A.A., Gulyaev Yu.V., Mityagin Al.Yu., Mityagin An.Yu., Hlopov of B.V. Device for deleting of record from carriers on hard magnetic drives. the Patent No. 35919 of 10.02.2004.

12. Gulyaev Yu.V., Hlopov B.V., Gerus S.V., Mityagin A.Yu., Sokolovsky A.A., Temiryazeva M.P., Fesenko M.V. Influence of external magnetic fields on information magnetic structure of modern hard drives / Magazine "Nano-microsystem Equipment". No. 11, pp. 10-14, 2010.