磁記錄理論

前言

　　從本書出版到現(xiàn)在的10年多中，磁記錄密度增加了100多倍。在1994年，磁記錄密度在每平方英寸1～2千兆比特。到2006年，磁記錄密度已在技術上達到每平方英寸250千兆比特，每平方英寸150干兆比特的硬盤已進入量產。磁記錄技術取得了巨大的進步。在介質上磁薄膜從縱向磁化發(fā)展為垂直磁化。雙層結構的垂直磁化介質由多層磁薄膜用最新的濺射技術制造而成。磁頭技術的發(fā)展也十分驚人，與垂直磁化介質相應的錄寫磁頭采用了復雜的結構以增加錄寫能力減小錄寫噪音。在讀出磁頭上，通過增加巨磁電阻效應，讀出磁頭的靈敏度迅速提高。近來，以電子自旋量子隧道效應為基礎的讀出磁頭技術也將進入量產。　　中文翻譯版將提供學生和工程技術人員磁記錄的基本概念和知識。本書將首先總結靜磁場的起源和特性，而后討論讀出信號過程和磁電阻元件、錄寫過程和非線性作用。最后的3章將討論介質噪聲的基本概念。在中文版中，作者加入了展望和附錄，將目前的技術領域加以總結，同時加入了從1994年到2006年的技術參考文獻目錄。參考文獻包括垂直磁記錄模擬、高等“斜率模型”等前沿領域?！　∽髡吒兄x為中文翻譯版工作的所有人員，特別感謝車曉東博士和金慶原教授發(fā)起并組織中文翻譯版的工作。感謝復旦大學對此工作的支持。作者最后要感謝妻子Ann和兒子Seth的親切鼓勵和支持?！　『笥洝　?1世紀是信息的時代，信息存儲作為核心技術之一，一直伴隨、推動著信息技術領域各方面的協(xié)同發(fā)展。為了支撐數據存儲容量需求的持續(xù)增長，先進的存儲技術至關重要。巨磁電阻效應的發(fā)現(xiàn)使得磁記錄進入了一個新的高速發(fā)展階段，目前垂直磁記錄產品也相繼上市，但其記錄單元尺寸的進一步減少，將導致超順磁效應，從而限制記錄面密度的繼續(xù)增加。熱輔助磁記錄以及圖形介質存儲被認為是下一代磁存儲技術的兩個可能解決方案。針對前者，國家基金委于2004年啟動了重大項目“超高密度、高速光一磁混合數字信息存儲研究”；2007年4月我們在復旦大學組織舉辦了“納米存儲”研討會，以期積聚大陸信息存儲領域的研究力量，對下一代存儲技術進行重點、有效的研究?！　¤b于目前磁記錄研究及其工業(yè)界，包括中國大陸和臺灣地區(qū)，積聚了一大批華裔的研究者，對磁記錄的研究確實需要一本結合實際工作的理論研究書籍，而美國加州大學圣地亞哥分校的Neal Bertram教授的“Theory of Magnetic Recording”一書被磁記錄行業(yè)公認為該領域的經典著作，于是我們萌發(fā)了將其翻譯成中文的想法，同時可以配合基金委重大項目的實施，以及滿足磁記錄領域研究工作者和高校研究所研究人員的需要?！　≡摃姆g得到復旦大學納米磁存儲實驗室成員，以及美國和新加坡磁存儲工業(yè)領域幾位同仁的積極響應，參加本書翻譯工作的有金慶原、張宗芝、馬斌、廖嘉霖、趙慧、高靜、查超麟，參加翻譯稿審閱的有車曉東、高凱中、王小斌、金振、劉波和金慶原等，車曉東、廖嘉霖對整個翻譯稿進行了終審和統(tǒng)稿。Neal Bertram教授還專門對該書中文版，就磁記錄最新進展加寫了展望（當今磁記錄系統(tǒng)及其記錄密度極限）和附錄兩個章節(jié)。感謝美國卡耐基梅隆大學的朱健剛（Jimmy Zhu）教授和清華大學韋丹教授為本書中文版撰寫了推介意向。本書翻譯得到國家基金委的資助（項目編號：60490290）和復旦大學出版社的大力支持。

內容概要

本書是關于磁記錄原理的綜合性教材。它深入淺出地介紹了高密度磁盤和磁帶系統(tǒng)的寫入和讀出信息的基本性質。本書的內容緊跟技術的發(fā)展，特別是貼近現(xiàn)今磁記錄技術在系統(tǒng)容量和數據傳輸率方面都有迅猛的發(fā)展?！　〈庞涗浖夹g的進步很大程度歸功于先進薄膜材料的發(fā)展，它在記錄介質和磁頭中都有應用。另外，采用復雜的信號處理機制使得記錄密度和數據傳輸率大大提高。要認識這些新技術的發(fā)展并將其應用于下一代磁記錄系統(tǒng)的設計，則對磁記錄的基本物理和工程實現(xiàn)的理解必不可少。本書給出了關于磁記錄最基礎的4個方面內容：磁頭和介質的結構及其磁場分布、信號讀取過程、記錄過程和介質噪聲分析。除了這些基本內容，還討論到設計系統(tǒng)的關鍵問題：非線性和覆寫率。其中有整個一章是討論剛出現(xiàn)的磁電阻磁頭技術。在分析信號時對時域和頻域的同時處理有助于讀者了解并評估具體的信號處理機制。通過本書，讀者應該能夠設計并分析關于磁記錄的一些實驗，包括針對磁頭介質重要部件的評估和對整個系統(tǒng)的測試?！　”緯云洫毺氐膬热菥幣?，既適合作為磁記錄課程的高年級本科生或研究生的教材，對磁記錄工業(yè)的研發(fā)人員也同樣有幫助。本書還包含了許多課后習題，讀者須具備一定的物理學、電磁學和應用數學的基礎知識。

作者簡介

（美）伯純，Bertram博士1941年6月28日出生于洛杉磯。l963年在奧爾良的波特蘭瑞德(Reed)學院獲得數學與物理學學士學位，l968年取得哈佛大學物理學博士學位。l968年到1985年，他在加州紅木城的安培克(Ampex)公司工作。他的科研包括磁化強度在長顆粒中的反轉、交流記錄過程、一般互易原理、寫感應頭的飽和、磁記錄帶的實驗測量和磁性薄膜碟片以及設計高頻磁寫頭。 1985年，他加入加州大學圣地亞哥分校擔任電子工程與計算機系以及當時新成立的磁記錄研究中心的首席教授。在圣地亞哥大學，Bertram教授領導磁記錄物理的研究項目，包括多晶格磁薄膜介質、讀寫磁頭、微粒磁帶系統(tǒng)以及超高密度磁記錄極限的分析。在這些領域中，他和他的研究生展開了超高密度磁記錄的實驗和理論研究，包括噪聲現(xiàn)象、非線性信號、動態(tài)記錄、熱退化消磁以及超高密度磁記錄大尺度數值模擬。Bertram教授開設了磁記錄理論、磁材料分析和磁記錄測量等研究生課程。Bertram教授和他的學生已經在這些領域發(fā)表了260多篇論文。 1986年，Bertram教授被選為IEEE杰出演講學者。1987年，他成為IEEE資深會員。1994年，他所寫的《磁記錄理論》一書由劍橋大學出版社出版。20O3年，B e rtra m教授贏得信息存儲領域的IEEE Reynold B.Johnson杰出成果獎，并被譽為對其領域做出本質和開創(chuàng)性的貢獻。自1999年到2004年，Bertram教授每年都榮獲了國際信息存儲工業(yè)協(xié)會的科技成果獎。 2004年11月，Bertram教授從20年教學和研究的崗位上正式退休。退休后，他繼續(xù)在UCSD從事研究工作。他還在工業(yè)界講授高密度磁記錄技術并從事工業(yè)界的研究工作。Bertram博士與他的妻子Ann現(xiàn)定居在舊金山灣區(qū)。他們有一個兒子Seth。Bertram博士非常熱愛音樂，他演奏中提琴，有時還參加音樂會的表演。 
    Bertram博士1941年6月28日出生于洛杉磯。l963年在奧爾良的波特蘭瑞德(Reed)學院獲得數學與物理學學士學位，l968年取得哈佛大學物理學博士學位。l968年到1985年，他在加州紅木城的安培克(Ampex)公司工作。他的科研包括磁化強度在長顆粒中的反轉、交流記錄過程、一般互易原理、寫感應頭的飽和、磁記錄帶的實驗測量和磁性薄膜碟片以及設計高頻磁寫頭。 1985年，他加入加州大學圣地亞哥分校擔任電子工程與計算機系以及當時新成立的磁記錄研究中心的首席教授。在圣地亞哥大學，Bertram教授領導磁記錄物理的研究項目，包括多晶格磁薄膜介質、讀寫磁頭、微粒磁帶系統(tǒng)以及超高密度磁記錄極限的分析。在這些領域中，他和他的研究生展開了超高密度磁記錄的實驗和理論研究，包括噪聲現(xiàn)象、非線性信號、動態(tài)記錄、熱退化消磁以及超高密度磁記錄大尺度數值模擬。Bertram教授開設了磁記錄理論、磁材料分析和磁記錄測量等研究生課程。Bertram教授和他的學生已經在這些領域發(fā)表了260多篇論文。 1986年，Bertram教授被選為IEEE杰出演講學者。1987年，他成為IEEE資深會員。1994年，他所寫的《磁記錄理論》一書由劍橋大學出版社出版。20O3年，B e rtra m教授贏得信息存儲領域的IEEE Reynold B.Johnson杰出成果獎，并被譽為對其領域做出本質和開創(chuàng)性的貢獻。自1999年到2004年，Bertram教授每年都榮獲了國際信息存儲工業(yè)協(xié)會的科技成果獎。 2004年11月，Bertram教授從20年教學和研究的崗位上正式退休。退休后，他繼續(xù)在UCSD從事研究工作。他還在工業(yè)界講授高密度磁記錄技術并從事工業(yè)界的研究工作。Bertram博士與他的妻子Ann現(xiàn)定居在舊金山灣區(qū)。他們有一個兒子Seth。Bertram博士非常熱愛音樂，他演奏中提琴，有時還參加音樂會的表演。

書籍目錄

中文版前言原版序言第一章 概述　材料和磁化過程　磁記錄信號通道　單位/量綱第二章 靜磁場的回顧　簡介　場的基本表達式　退磁因子　平面引起的靜磁場　二維場　鏡像　矢量勢和標量勢　傅立葉和希爾伯特變換　自由空間場的積分關系　習題第三章 感應式磁頭場　簡介　磁頭效率和縫隙深處的磁化場　有限縫隙的磁化場　遠場近似　中場近似（Karlqvist近似）　近場表達式　近場解析近似　有限長度磁頭——薄膜磁頭　屏蔽的磁頭　結論　習題第四章 介質產生的磁場　簡介　單個反轉區(qū)　縱向磁化強度的最大場和場梯度　傅立葉變換的表達形式　習題第五章 讀取過程（上）——基本概念及單反轉的讀取　簡介　讀取電壓的直接計算　互易原理　磁頭定義　小結　讀取電壓的一般表達式　孤立反轉　理想階躍反轉　展寬的反轉一反正切例子　習題第六章 讀取過程（下）——多反轉情況　簡介　線性疊加　方波記錄　“rotl-off”曲線以及D50　薄膜磁頭　頻譜分析　頻譜　Wallace因子或“厚度損耗”　頻譜的分析　“roll-off”曲線和頻譜比較一簡化的D50分析　傳遞函數　線性比特偏移　習題第七章 磁電阻讀頭　簡介　磁化強度分布　磁電阻磁頭的互易原理　對具有屏蔽層磁頭的應用　讀出電壓的計算　傅立葉變換和精確的脈沖形狀　雙磁電阻讀頭　磁道偏移時的讀出—有限磁道寬度　磁電阻電阻噪聲和信噪比SNR　習題第八章記錄過程（上）——反轉模型　簡介　磁記錄過程　縱向介質反轉記錄模型　電壓—電流的關系　退磁化極限　厚介質磁帶記錄　垂直記錄模型　薄膜介質模型　厚介質模型　習題第九章 記錄過程（下）——非線性和覆寫率　簡介　非線性反轉偏移　非線性振幅損失　覆寫率　習題第十章 介質噪聲機制（上）——般概念、調制噪聲　簡介　噪聲形式　磁帶密度漲落　磁帶非均勻磁膜和粗糙面　習題第十一章 介質噪聲機制（中）——顆粒噪聲　　簡介　單顆粒再生信號表達式　顆粒噪聲的普遍表達式　非關聯(lián)噪聲功率　關聯(lián)項　　信號對顆粒噪聲比　情況一 厚磁帶　情況二 薄膜介質　擦除噪聲頻譜及其關聯(lián)　習題第十二章 介質噪聲機制（下）——反轉區(qū)噪聲　　簡介　反轉位置擾動和電壓振幅漲落模型　頻譜分析　道寬的影響　反轉相互作用　廣義微觀公式　均勻磁化介質　存在反轉時候的噪聲　習題展望 當今磁記錄系統(tǒng)及其記錄密度極限?、?緒論?、?一般技術要求?、?記錄的物理性質?、?系統(tǒng)密度的技術要求?、?先進的高密度記錄介質　Ⅵ.記錄密度極限?、?磁頭偏離磁道的分析附錄 垂直記錄介質中的靜磁場　Ⅰ.反轉處的磁場梯度?、?遠離反轉中心處的退磁場參考文獻中文版附加文獻（按論題）后記

編輯推薦

　　《磁記錄理論》的宗旨在于提供磁記錄物理研究的方法論的介紹。《磁記錄理論》的程度較高，包含了磁記錄的所有基本方面：磁頭和介質的磁場，線性讀取過程，非線性的寫入過程包括互相干擾的效應，還有介質的噪聲。作者會給出用于磁記錄分析的數學手段，但書中并非僅簡單地給出結果和公式，更重要的是通過這些數學手段令讀者理解為何產生結果的原因，如何去建立模型，去設計實驗，并了解現(xiàn)在文獻中的一些深層次的理論分析。

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