导电(Mg,Ti)O底层上高密度L10-FePt颗粒膜的制备及其在HAMR介质中的应用研究

本研究针对热辅助磁记录(HAMR)介质对高密度、小柱状晶粒L10-FePt薄膜的需求，通过引入(Mg,Ti)O导电底层和BN/C隔离剂，成功实现了晶粒尺寸6.6nm、密度9.0Tbit/in2的优化结构，为超高密度磁存储提供了创新解决方案。

　　

在数据爆炸式增长的时代，磁存储技术正面临前所未有的挑战。传统垂直磁记录(PMR)技术已接近物理极限，而热辅助磁记录(HAMR)因其理论上可达50Tbit/in²的超高密度，被视为下一代存储技术的突破口。然而，实现这一目标需要解决关键材料难题——如何制备具有高度化学有序L1₀相、纳米级柱状晶粒且热稳定的FePt磁性层。更棘手的是，这些晶粒必须均匀分布在导电底层上，以适配HAMR的激光加热机制。

日本国立材料科学研究所（National Institute for Materials Science）的A.R. Dilipan团队在《Scripta Materialia》发表的研究，通过创新性地采用(Mg,Ti)O导电底层和BN隔离剂，成功制备出晶粒尺寸6.6nm、密度达9.0Tbit/in²的L1₀-FePt薄膜。研究人员采用磁控溅射技术在MgO基底上沉积(Mg,Ti)O底层，随后分别使用C和BN作为隔离剂制备FePt颗粒膜。通过高分辨透射电镜(TEM)和能量色散X射线谱(EDS)进行微结构表征，结合深度学习辅助的图像分析方法定量评估晶粒参数。

【微结构分析】部分揭示：使用(Mg,Ti)O底层的FePt-BN样品展现出显著优势——平均晶粒尺寸较FePt-C样品减小40%（6.6nm vs 11.1nm），晶粒密度提升近两倍（9.0 vs 4.8Tbit/in²）。截面分析发现Ti/N在界面处的协同富集现象，这种独特的化学修饰有效抑制了晶粒横向生长，促进形成理想的柱状结构。

【讨论】部分指出：(Mg,Ti)O底层的导电特性解决了传统MgO绝缘层的热耗散难题，而BN隔离剂通过界面化学调控实现了晶粒尺寸与密度的最佳平衡。特别值得注意的是，Ti的掺入使底层晶格常数与FePt更匹配（晶格失配度从9.3%降至3.1%），而N元素通过形成Fe-N键增强了界面结合力。这种"导电底层-界面工程-隔离剂选择"的三元协同策略，为HAMR介质开发提供了新范式。

该研究不仅首次证实BN在FePt介质中的优越隔离效果，更通过详实的界面化学分析阐明了微观机制。9.0Tbit/in²的晶粒密度已接近HAMR商用化要求的10Tbit/in²阈值，这项突破性进展将加速超高密度存储设备的产业化进程。正如作者在结论中强调的，这种"bottom-up"的界面调控方法对开发其他功能薄膜材料也具有重要借鉴意义。