磁記錄工作原理及其應用探究

智麗麗 孫 毅 陳惠敏

(1，2，3.昌吉學院物理系 新疆 昌吉 831100)

磁記錄工作原理及其應用探究

智麗麗1孫 毅2陳惠敏3

(1，2，3.昌吉學院物理系 新疆 昌吉 831100)

本文主要介紹了幫助人類記憶的一大重要技術磁記錄，細致地分析了磁記錄的工作原理及其在生產生活中的應用。同時，本文給出了磁記錄裝置中磁頭附近磁場的計算方法，以及磁介質的記錄磁化過程，使我們從中掌握其在學習和工作中的重要性和必然性。

磁記錄;磁存儲

引言

人類發明紙和筆是為了幫助大腦來記憶和儲存信息，隨著社會的進步、科學的發展，儲存信息的方法不斷的變化和更新，以滿足社會各種信息日益增長和交流的需要，磁性材料元件的出現和應用使人類記憶和存貯信息的技術發展得更加完善，它是電子計算機的基礎，又在推動電子信息技術的不斷進步。

隨著科學技術的不斷進步，磁記錄與人們的日常生活越來越密切。錄音帶，錄像帶，電腦中的磁盤，打電話的磁卡，銀行的信用卡，還有磁卡式車票等，都是用磁來記錄信息的。提高磁記錄技術的工作效率，會給人們的生活帶來了很大方便。

磁記錄和磁存貯技術具有歷史悠久，存儲容量大，體積小，成本低，發展迅速，生產工藝成熟，宜于大批量制造，質量穩定等優點，使其被廣泛應用在電子計算機、軍事科學、醫學、生產管理、教育等方面，它對推動社會進步和發展具有重大意義［1－3］。通過細致地分析磁記錄的工作原理及其應用，使我們從中掌握其在學習和工作中的重要性和必然性。

1 分析磁記錄的工作原理

1.1 環形磁頭縫隙磁化場的分布

1.1.1 理想環形磁頭

要精確計算一個實際使用的磁頭縫隙處磁化場的分布是十分困難的。這是因為實際磁頭的縫隙磁化場分布與磁頭結構的幾何形狀、縫隙處的幾何尺寸、磁頭材料的磁性能、磁介質的存在等許多因素有關［4］。對于一個實用的環形磁頭(如圖1所示)，通常需要用電子計算機數值求解的方法，來確定其磁化場的分布。

最普遍的近似計算方法都是建立在理想的環形磁頭這一基礎上的。理想的環形磁頭，是指符合下列四個基本假設條件的環形磁頭。

(1)認為磁頭鐵心的相對磁導率μτ→∞，磁介質的μτ→1;

(2)認為磁頭在縫隙極面的長度L、縫隙寬度W、縫隙深度d和相對縫隙長度g都是無限大;

(3)認為磁頭在縫隙處的幾何形狀都是理想的，無需考慮加工因素的影響;

(4)認為磁頭縫隙平面間的磁場是完全均勻的，且等于一個恒定值Hl。

圖1 一種實用的環形磁頭

圖2 用安培環路法計算磁頭縫隙磁化場

1.1.2 安培環路法計算磁場分布

如上圖2所示來選取環路途徑ABCD，由于無電流通過該環路［5］，故I=0。AD和CB段都是磁頭的鐵心部分，鐵心材料μτ→∞，其磁場H=B/μ0μτ→0。故只有直線段DC及圓弧線段AB處有磁場，則上式可改寫為

按如圖2所示選取坐標，使使坐標原點位于封系邊緣的中心處，可得D點的坐標為(－g/2，0)，C點的坐標為(g/2，0)。圓弧上的任意一點P(x，y)處具有磁場H，且H=Hlg/πR

用磁場分量Hx、Hy分別來表示時，可得:

在縫隙中心的外平面(x=0)上，有

這表明該平面上只有磁場分量Hx，并且它隨著y的增大而減小。

2 磁介質的記錄磁化過程

2.1 鐵氧體磁芯存儲器的存儲原理

矩磁性材料是指一類磁滯回線接近于矩形、剩余磁感應強度Br高、矯頑力He適當地大的磁性材料［6］。如圖3所示是磁芯典型的矩形磁滯回線和讀寫原理。

圖3 磁芯存儲器的矩形磁滯回線及讀寫原理

讓磁芯在H=0時的兩種穩定的剩磁狀態+Br和－Br分別于二進制數碼“1”和“0”相對應，利用磁芯的磁狀態來記憶二進制信息，每個磁芯寄存一位信息。

信息的存取過程可分為寫入過程和寫出過程兩部分，它們由讀寫驅動線及讀出線來完成。讀寫驅動線(即信息地址線)x、y穿過磁芯構成磁化線圈按照選址要求通入地址電流脈沖來磁化磁芯。寫入“1”時，x、y線上同時有同方向的正脈沖通過，產生超過矯頑力He的磁場強度，從而使脈沖過后磁芯達到+Br狀態，也是處于“1”的狀態。當要讀出所記憶的內容時，需要x、y線上同時有同方向的負脈沖通過，產生超過矯頑力He的負向磁場強度。如果該磁芯原記憶的內容為“1”，在此磁場作用后，磁化狀態由+Br變成為－Br，磁化狀態的翻轉就會在讀出線構成的感應線圈上產生感生輸出電壓;如果該磁芯原來記憶的內容為“0”，在此磁場的作用下，磁化狀態只是由－Br→ －Bm→ －Br，因為－Br≈ －Bm，其磁通幾乎不變，故不會產生電壓。因此，可以根據出線上是否有感應電壓輸出來判斷記憶的內容是“1”還是“0”。

2.2 磁性薄膜存儲器的工作原理

磁性薄膜存儲器，是采用真空蒸鍍、電鍍沉積等方法制備的坡莫合金薄膜作為數字信息高速存儲介質的器件。該合金薄膜在制備過程中，施加了磁場處理，使該薄膜的膜面方向上呈現以原磁場處理方向為易磁化軸的感生單軸磁各向異性。沿易磁化軸磁化時具有矩形磁滯回線的特性，而沿與它垂直的難磁化方向磁化時，則具有線性磁化特性，如圖4所示:可以利用這種感生單軸磁各向異性，根據該易磁化軸上磁化矢量的不同取向來存儲二進制的信息。磁性薄膜存儲器的工作方式與磁芯存儲器基本相同。規定易磁化軸方向的正負兩種磁化狀態與“1”和“0”數碼相對應，利用讀出線上的感生輸出電壓的正負脈沖來判斷存儲的信息。

圖4 磁性薄膜膜面內的磁化特性

3 磁記錄技術的應用和發展

基于磁記錄的諸多優點，它廣泛應用在電子計算機技術方面;在軍事科學、空間技術方面，各種高空偵察機、通訊衛星、資源衛星、氣象衛星上都安裝有磁記錄設備;在醫學方面，磁記錄裝置可用于記錄病人病情發展的全過程;在科學研究和生產管理中，可利用磁記錄裝置來記錄、監測和控制各種科研試樣、產品部件中的有關物理、化學參數變化的全過程，提高產品質量，降低原材料消耗，調配生產環節，實現各工序的均衡生產。

磁記錄和磁存儲的普及應用又推動著其自身水平的提高，磁記錄和磁存儲的發展趨勢有以下幾個方面:

一、提高記錄密度，擴大存儲容量加快數據傳輸速度;

二、隨著計算機系統向微小型化方向發展磁存儲器也在逐步向微小型化方向過渡;

三、擴大產品產量，增加產品品種規格，降低產品成本是磁記錄設備普及的關鍵。

結論

本文主要介紹了幫助人類記憶的一大重要技術磁記錄，首先，分析了磁記錄裝置中磁頭附近磁場的計算方法;接著，分析了鐵氧體磁芯存儲器和磁性薄膜存儲器的記錄磁化過程，使我們對磁記錄的工作原理有了深刻的理解;最后，指出磁記錄和磁存儲的發展趨勢，使我們從中掌握其在學習和工作中的重要性和必然性。

［1］成洪甫，高召順，王棟樑，李曉航.超高密度磁記錄介質的研究進展［J］.材料導報，2010，24(13):35.

［2］郭子政.高密度磁記錄介質的穩定性問題及研究進展［J］.信息記錄材料，2009，10(1):53.

［3］孫維平.磁記錄技術的新發展［J］.信息記錄材料，2004，5(1):34.

［4］鐘文定.鐵磁學［M］.北京:科學出版社，1987.

［5］賈起民，鄭永令.電磁學［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［6］J.F.Scott.鐵電存儲器［M］.北京:清華大學出版社，2004.

O441.2

A

1671－6469(2011)05－0087－04

2011－09－12

昌吉學院教研課題(11jyyb014);自治區級電磁學精品課題［新教高(2010)15號］;自治區級電磁學課程建設團隊［新教高(2011)31號］

智麗麗(1984－)，女，山西繁峙人，昌吉學院物理系，講師，研究方向:計算物理。

(責任編輯:馬海燕)