随着现在要求大量的存储,高密度记录技术需要在硬盘驱动器行业。热辅助磁记录(HAMR)是一种有前途的技术来推动磁记录磁录密度对10 Tb /磁盘驱动器²甚至更远。HAMR系统需要使用聚焦激光束加热媒体以降低矫顽力。它使磁写可能在高各向异性磁介质( 1]。进行激光加热过程需要优化的滑块设计结合近场光学系统内进行精确加热和记录。集成的滑块与光学加热装置通常需要以极低的头顶飞过媒体间距,现在只有几个纳米,提供一个高场激烈点位置对成功的记录( 2, 3]。间距津贴,克努森数,代表的水平流中的稀疏的影响,将远远大于1.0和流的头磁盘接口区域可以不再被假定为一个连续体。连续方程的一些修改以适当的滑移边界条件通常是必需的。

然而,这是非常具有挑战性的研究空气轴承滑块HAMR头磁盘接口与当前修改的连续方程由于HAMR系统中的传热问题。尽管一些以往的研究( 4- - - - - - 6)为解决这些问题提出了传热模型,这些模型不能直接与使用空气轴承模型来研究热对滑块空气轴承的影响。因此,我们建议使用直接蒙特卡洛模拟(出发)方法来解决HAMR空气轴承问题的应用程序在我们之前的论文( 7因为出发的方法已被广泛用于建模稀薄条件下气体流动类似于流的头磁盘接口。出发的适用性方法在论文中研究了空气轴承的影响HAMR滑块是验证和加热光斑大小和滑块的影响体温的滑块空气轴承进行了研究。最近,福井等。 8]研究了支承压力特征与激烈的地方使用出发的方法和传统的分子气膜润滑(球型)方程考虑热蠕变流。他们观察到使用这两种方法的结果是令人愉快的 8]。

在本文中,我们将继续我们的工作集中在滑块的姿势对HAMR系统中空气轴承的影响。我们将研究如何的热能加热的磁盘或高温滑块体本身可能导致空气轴承的滑块姿态变化。

出发的方法,鸟在1970年代初推出了( 9),这是一个particle-based稀薄气体流动问题的模拟方法。它使用一个随机算法来计算分子的碰撞概率和散射分布符合动力学理论。至于高密度记录,媒体间距减少到几个纳米。因此,流动的头磁盘接口有稀疏的效果。在当前磁盘接口负责人,克努森数介于1和10。因此,气流在接口中被认为是一个过渡流或自由分子流和出发的方法为数值模拟提供了一个有前途的工具接口的气体流。

类似于我们在我们之前的研究文献[ 7),滑块在出发模拟空气轴承的问题简化为一个二维,微通道流动与静止不动的,稍微倾斜表面(滑块)高于水平面(磁盘)的移动 x切向速度的方向 U b ,如图 1。持续的环境温度 T 0 = 273 K的压力 P 0 = 1 atm维护在流入和流出边界通过自适应地调整合适的分子速度的粒子边界。滑块和磁盘表面都是假定为完全适应的碰撞模型使用变量硬球(家用)粒子。为了方便简单的计算,使用氩气在所有在本文仿真案例研究,因为它是一个简单的单原子分子气体内部自由度为零。此外,由于氩气也有类似的平均自由程和势能的空气,氩气的轴承特征应该接近,在空气中。因此,许多以前的空气轴承研究[ 10, 11]认为氩气作为一名优秀的候选人取代出发模拟空气和使用它。

至于验证出发模拟代码,结果刘和Ng ( 10)被用来与我们的模拟测试的结果。通道长度( l )设置为5 μ m和最小通道高度( H o )是50 nm磁盘的速度移动 U b = 25米/秒。在验证测试中,各种螺距角( α 从0.004到0.016)rad放置。滑块表面压力分布的比较如图 2说明他们是在良好的协议。此外,福井和金子的广义润滑方程解 12)使用 α = 0.01 rad是更好的评价,也包括同意出发的结果。

的流向位置与三种不同螺距角( α )比较验证的目的,如图 3他们也是类似的。这里的stream-wise位置轴承滑块表面的行为被定义为力量 (1) X c = ∑ 我 = 1 n ( P 我 - - - - - - P 0 ) X 我 ∑ 我 = 1 n ( P 我 - - - - - - P 0 ) , 在哪里 n 的手机号吗 x方向, X 我 是单个细胞的位置 x方向, P 我 是局部压力, P 0 是大气压力。

从图 3,我们可以看到这一点 X c 几乎是固定在一个恒定值,当螺旋角的变化。我们出发的结果也很类似与刘和Ng ( 10]。

确认后我们出发的代码,我们将用它来研究热影响加热引起的磁盘上的位置,或者滑块体本身在不同螺距角。加热的温度分布形状磁盘上的点被认为是一个积极的half-sine波形的峰值温度500°C (773 K),如图 4。滑块体温度( T 年代 )被认为是统一在空气轴承滑块的表面。

在仿真测试中,最小通道高度( H o )固定在5而不是50 nm至于反映极低的头磁盘间距在今天的硬盘驱动器。与固定 H o ,越来越多的俯仰角度允许更多的分子进入界面区域。因此,更多的分子发生碰撞和分子的速度增加建立更高的滑块表面压力的行为。导致压力资料与滑块螺距角增加,如主图的图所示 5。

从我们以前的研究中,观察到一个磁盘上的加热位置使滑块支承压力和力增加其大小在特定的螺旋角。然而,加热光斑尺寸小于0.05 μ m不显著影响空气轴承( 7]。在本文中,测试由不同螺旋角( α 从0.04到0.16的rad 0.05) μ 米加热位置位于磁盘上。激烈的现货中心位于0.45 μ 在所有测试中m远离流出口。如主图的图 5,因为整个支承压力随螺旋角越大,压力峰的数量由于加热是高架即使固定加热光斑大小。因此,它有助于增加轴承滑块表面的行动力量。

也发现,加热周围的根据地的压力峰点位置是更广泛的比这小螺旋角大。这可能是由于滑块和磁盘之间的窄间距较低,导致加热位置周边的影响广泛。在插入图表图 5,发现增加螺旋角增大空气轴承力几乎线性的方式和激烈点的存在增加总轴承力在每个姿态位置。此外,大螺旋角引起的轴承力较高滑块大小相同的加热。因此,结果表明,滑动条的姿势会影响空气轴承的性能与激烈的位置是0.05 μ 在应用程序HAMR米或更大的规模。

图 6(一)显示了归一化总力的变化是在滑块与加热光斑大小不同的螺距角。在这里,我们定义一个规范化的力值,这样我们可以评估螺旋角的影响总力更清楚。发现规范化轴承力的变化与加热光斑尺寸较大的螺旋角高于小,这意味着螺旋角效应变得越来越重要,因为它的价值增加。这是因为压力峰的数量产生的加热,如图 5与螺旋角,增加。因此,在一个更大的螺旋角,滑块轴承力将对加热光斑尺寸的变化更加敏感。

的stream-wise位置轴承滑块表面,如图 6 (b)后缘走得更近,比那些大 H o (50 nm)的情况。他们会进一步转向时滑块的后缘局部加热光斑大小,也就是说,大于0.05 μ 米,参与接口。

接下来,作为头盘间距可以减少而且HAMR高密度记录的应用程序,它是有用的研究在空气轴承间距较小的差距的影响行为。为了研究缺口效应,最小通道高度( H o 从5纳米(1纳米)是减少在rad 0.01固定螺距角。结果如图所示 7。发现轴承压力显著增加,峰值位置远离压力碰撞引起的激烈点的最小间距 H o 减少。从图的插图图 7,发现轴承力也会按比例增加 H o 减少。

最后,我们研究了在空气轴承滑块体温的影响。我们假定滑块表面温度高于周围,这是整个滑块表面均匀。如此高的温度对滑块体可能是由于散热的HAMR光学头、电加热器、作家,或其他组件。图 8表明,支承压力和力逐渐增加滑块体温( T 年代 从0°C到100°C)的变化 α = 0.004 rad。这是因为热能释放滑块体进入界面和影响支承压力和力量。换句话说,周围气体分子在接口中获得更多能量加热的传热或滑块机构和滑块表面施加强大压力时,气体分子的罢工。因此,轴承力,这是来自滑块表面上的压力分布,将增加的温度加热或滑块机构增加。基于仿真结果与其他角度,也观察到总轴承力的增量由于在任何滑块滑块温度上升相当统一的螺旋角,如图 9。这表明,滑块的热能也有类似的对支承压力的影响,迫使不管滑块的螺旋角。

图 10 ()显示了归一化总力的变化是在滑块与滑块的温度不同的螺距角。这里我们也定义一个规范化的力值评估螺旋角的影响在不同的滑块的体温。结果表明,归一化螺旋角轴承力梯度增加而下降,这意味着螺旋角效应变得不那么重要的高值。这是因为总轴承力增量与滑块的温度几乎是一样的在每个螺旋角,但绝对总力值 T 年代 = 0°C会增加螺旋角,如图 9。因此,规范化的力值,代表各滑块轴承力的相对变化的温度,将成为小随着螺旋角的增加;也就是说,空气轴承总力的变化不敏感滑块温度更高的螺旋角。

图 10 (b)显示了螺旋角的关系与滑块stream-wise力的位置。发现轴承的stream-wise位置力转向前缘滑块较高的温度。滑动条的位置转变温度的影响是相反的加热。

本文模拟研究,结果表明,对空气轴承滑块的姿势影响应该仔细考虑在HAMR系统中。得出如下的结论。 (1)

空气轴承和总压力轴承力会增加滑块螺旋角和stream-wise轴承力变化的位置接近的后缘不断增长的螺旋角。