6.3: Grabación magnética digital

Un disco duro magnético para su uso como dispositivo de almacenamiento de memoria magnética para una computadora consiste en un sustrato circular muy liso sobre el cual se ha depositado un recubrimiento muy delgado de una aleación magnética de cobalto de 50 nm o menos de espesor. Este disco se gira a una velocidad muy alta. La magnetización remanente de esta película delgada magnética es tal que B _R ∼ 1/2 Tesla, y el campo coercitivo es de aproximadamente 105 Amps/m. La magnetización se encuentra en el plano del disco y contiene muchas regiones pequeñas y oblongas en las que la magnetización se orienta paralela o antiparalela a la velocidad del disco. Estas regiones de magnetización se escriben en la magnetización del disco por medio de un cabezal de escritura: en la Figura (6.3.10) se muestra un dibujo extremadamente simplificado de un cabezal de escritura.

Figura\(\PageIndex{10}\): (a) Representación esquemática de un cabezal de escritura de disco duro. b) El sistema de coordenadas utilizado para escribir la dependencia espacial del campo de cabecera de escritura en la aproximación Karlqvist.

Figura\(\PageIndex{11}\): En la coyuntura entre dos regiones de magnetizaciones opuestas existe una gran densidad de carga superficial, lo que da lugar a grandes campos de franjas.

El cabezal de escritura es básicamente un electroimán construido de un yugo de permalloy magnético blando (el campo de saturación es 1 Tesla y el campo coercitivo es H _c ∼ 4 Amps/m). Este electroimán es impulsado por la corriente a través de una sola vuelta. El yugo contiene un hueco estrecho, g, aproximadamente 50 nm de ancho. El cabezal de escritura “vuela” sobre la superficie del disco a una altitud de aproximadamente 25 nm, y la película magnética en el disco es magnetizada por el campo de franjas producido en el espacio magnético. Se utiliza un campo de aproximadamente 3 veces el campo coercitivo para escribir regiones de magnetización en la película magnética del disco que son paralelas o antiparalelas a la velocidad del disco. Las dependencias espaciales de los componentes del campo de delimitación cerca de la brecha se dan en la aproximación de Karlqvist por:

\[\text{H}_{\text{x}}=\frac{\text{B}_{\text{g}}}{\mu_{0} \pi} \arctan \left[\frac{\text{y} \text{g}}{\text{x}^{2}+\text{y}^{2}-\left(\text{g}^{2} / 4\right)}\right] , \label{6.4}\]

\[\text{H}_{\text{y}}=\frac{\text{B}_{\text{g}}}{2 \pi} \ln \left[\frac{(\text{x}-\text{g} / 2)^{2}+\text{y}^{2}}{(\text{x}+\text{g} / 2)^{2}+\text{y}^{2}}\right] , \]

donde B _g es el campo B en el centro de la región del hueco, y g es el ancho del hueco: los ejes de coordenadas se muestran en la Figura (6.3.10b). Los bits de información se almacenan como inversiones de magnetización (también llamadas inversiones de flujo). Es sólo en aquellos lugares donde las magnetizaciones se dirigen opuestas entre sí que el campo de franjas es lo suficientemente grande como para ser detectado por el cabezal de lectura. Esto se ilustra en la Figura (6.3.11). La ausencia de una inversión de flujo se toma como un cero; la presencia de una inversión de flujo se toma como un 1. El perfil de magnetización para una serie típica de datos podría parecerse al que se muestra en la Figura (6.3.12). En la práctica, cada byte de datos de entrada se almacena usando un código complejo que usa más de los 8 bits nominales por byte para construir la capacidad de detectar y corregir errores.

Los cabezales de lectura modernos utilizan una estructura complicada de películas delgadas. El campo magnético debido a un cambio de magnetización en el disco duro se detecta por medio de un cambio en la resistencia de un elemento magnetorresistencia. Los cabezales de escritura y lectura se combinan en una sola unidad de escritura/lectura.

A partir de noviembre de 1999 IBM demostró una unidad de disco duro con el

Figura\(\PageIndex{12}\): Ejemplo de bits de datos codificados en una unidad de disco duro.

capacidad para almacenar 3.5 × 10 ¹⁰ bits por pulgada cuadrada usando 522,000 bits por pulgada y 67,300 pistas por pulgada. Esto significa que cada celda de magnetización tenía solo 49 nm de largo por 377 nm de ancho. El disco giró a 10,000 revoluciones por minuto, el tiempo de búsqueda fue de 4.9 msegs, y la información se leyó dentro y fuera a razón de 18 × 10 ⁶ bytes por segundo. La tasa de error no corregida fue 1:10 ⁸; después de la corrección esta tasa de error disminuyó a menos de 1:10 ¹².

Lectura adicional

• S. Chikazumi,” Física del Magnetismo”. John Wiley and Sons, Nueva York, 1964.
• John C. Mallinson, “Los fundamentos de la grabación magnética”, Segunda Edición. Prensa Académica, San Diego, 1993.
• John C. Mallinson,” Cabezales magneto-resistivos”. Prensa Académica, San Diego, 1996.