磁驱动器和光驱动器技术最显著的两个物理特性是商业产品中数据存储密度的指数增长和记录磁头跟踪介质上记录信息的轨道的机械性能。存储密度指标称为“面”密度,即介质上每单位面积的位数。据位于加利福尼亚州山景城的市场研究公司 DISK/TREND, Inc. 称,磁盘存储的面密度最近每 8 到 12 个月翻一番,而 MO 存储的面密度则每 24 个月翻一番。这一进步意味着存储信息位的成本呈指数下降 — 对客户的价值在任何其他行业都是闻所未闻的。当人们意识到驱动器中“飞行”的磁头(通过缩放)类似于一架 747 飞机在几英寸的起伏地形上飞行时,磁盘驱动器的机械操作令人震惊
硬盘使用圆形扁平磁盘(称为盘片),盘片两面涂有特殊的介质材料,用于以磁性图案的形式存储信息。盘片的安装方法是在中心切一个孔,然后将其堆叠在主轴上。盘片高速旋转,由连接到主轴的特殊主轴电机驱动。特殊的电磁读/写设备(称为磁头)安装在滑块上,用于将信息记录到磁盘上或从磁盘读取信息。滑块安装在臂上,所有这些都机械地连接到单个组件中,并通过称为执行器的设备定位在磁盘表面上。逻辑板控制其他组件的活动并与 PC 的其余部分通信。 磁盘上每个盘片的每个表面都可以容纳数百亿个单独的数据位。为了方便起见,这些被组织成更大的“块”,以便更容易、更快地访问信息。每个盘片有两个磁头,一个在盘片顶部,一个在盘片底部,因此带有三个盘片的硬盘(通常)有六个表面和六个磁头。每个盘片的信息都记录在同心圆中,称为磁道。每个磁道进一步细分为更小的部分,称为扇区,每个扇区包含 512 字节的信息。 由于组件的极端小型化以及硬盘在 PC 中的重要性,整个硬盘必须以高精度制造。磁盘的主要部分与外界空气隔离,以确保没有污染物进入盘片,否则可能会损坏读/写磁头。
清洁溶剂 163 滚筒清洁剂 - 适用于带磁头的机器。 - 与所有类型的清洁卡和清洁布一起使用,用于清除自动分配系统中的污染物 - 用于清除有机和无机污染物,特别是灰尘和油脂 - 清除无机污染物的优良溶剂,与被清洁的橡胶和/或金属表面具有优良的兼容性 166 光纤清洁剂 - 清洁光纤连接器和自动系统 - 极其纯净的混合物,与要清洁的材料具有高度的兼容性 169 电子清洁剂 清洁所有类型的自动系统中的机械和精密机械零件。 210 磁头清洁剂 - 适用于带磁头的机器 - 与所有类型的清洁卡和抹布一起使用,用于清除自动分配系统中的污染物 - 用于清除有机和无机污染物,特别是灰尘和油脂 260 显示器和多媒体清洁剂 - 适用于显示器、个人电脑、笔记本电脑、智能手机等 - 仔细有效地清除玻璃表面的污垢,清洁后绝对不留条纹 - 清洁剂气味清新,非常温和 - 不含危险品 270 白板清洁剂 - 适用于带喷头的雾化瓶中的白板和塑料表面
驱动器技术的改进 当采用 DoD 标准时,技术远不如现在先进。在 20 世纪 90 年代,开发了针对容量小于 1 MB 的慢速磁性硬盘的数据清理实践,并且表明手动执行三次就足够了。一些非 IT 专业人士可能会感到困惑,为什么一次执行现在与三次执行一样有效,因为硬盘的容量要大得多。原因在于,自 DoD 标准制定以来,两种技术已经取得了进步。第一种涉及正在使用的硬盘技术。如今的驱动器比旧的磁性驱动器精确得多,这意味着磁头只需一次执行就能可靠地覆盖每个扇区。技术上的第二个改进来自为协助该过程而创建的软件工具。经过测试和认证的软件(例如来自 Tabernus 或 Blanco 的软件)能够使用详细记录进行可验证的覆盖。
Western Digital 率先将三级执行器 (TSA) 集成到 18TB CMR 和 20TB SMR HDD 中。TSA 使用三个枢轴点:音圈电机 (VCM) 执行器、毫级执行器和微执行器。毫级执行器和微执行器各有一对压电元件 (或“压电元件”),连接到悬架的不同组件。施加电压时,每个执行器中的一个压电元件会膨胀,而另一个压电元件会收缩,从而导致毫级和微执行器改变磁头相对于轨道的角度。TSA 可以形象地看作是只有肩膀的手臂 (VCM) 与有肩膀 (VCM)、肘部 (毫级执行器) 和手腕 (微执行器) 三个独立运动区域之间的区别。
加载/卸载技术是在 20 世纪 90 年代中期发现的,是接触式启停 (CSS) 的可行替代方案,在接触式启停 (CSS) 中,承载硬盘驱动器读/写磁头的滑块在断电时落在磁盘介质上,并一直停留在磁盘上直到通电周期。尽管一些供应商仍在非移动平台驱动器中使用 CSS,但 CSS 具有固有的局限性,加载/卸载技术可以解决这些局限性。HGST 是第一家实施加载/卸载技术的硬盘驱动器制造商,并发现早期大型硬盘驱动器采用该技术后,其耐磨性优势值得进一步研究和开发。这些活动促进了加载/卸载机制的改进,并导致了硬盘设计其他领域的创新。当今的加载/卸载实施依赖于斜坡机制,该机制提供了许多好处,包括更高的耐用性、更高效的电源利用率和卓越的抗冲击性。
图 7. 用于横向原子力显微镜 (AFM) 测量的集成尖端的静电硅致动器的 SEM 细节图(根据 [3])。 微结构和微元件:不是传感器或致动器的微型部件。例如:微透镜、镜子、喷嘴和梁;这些部件必须与其他元件组合才能提供有用的功能。 微系统和微仪器:将上述几种元件与适当的电子封装集成到微型系统或仪器中。它们往往非常特定于应用。例如:微型激光器、微型光谱仪、光学化学分析仪。制造这类系统的经济性往往使商业化变得困难。 微系统的工业应用:薄膜磁头、光盘、汽车部件、喷墨打印头、医疗应用、化学和环境应用。 4. 喷墨打印头 • 目前是微系统技术最大的应用之一。 • 一台典型的喷墨打印机每年要用掉好几个墨盒。 • 当今的喷墨打印机的分辨率为每英寸 1200 点 (dpi)。
摘要 — 重复经颅磁刺激 (rTMS) 是一种非侵入性神经调节技术,用于治疗多种神经系统疾病。该技术涉及在大脑皮层的某些区域施加磁场,以改变颅骨外的神经元兴奋性。然而,rTMS 效应背后的确切大脑机制尚未完全阐明。为此,为了产生脉冲磁场,设计了一个由微控制器控制的半桥转换器,用于在小动物身上应用 rTMS。此外,啮齿动物头部尺寸较小,因此必须设计一个磁换能器,目的是使用特定的小磁头将磁场聚焦在选定的大脑区域。然后,我们的目的是比较五种不同 rTMS 剂量对大鼠大脑代谢活动的影响。实验结果表明,一天的刺激可增强大脑皮层区域的代谢活动,同时三天的刺激还可能改变皮层下区域,而将 rTMS 应用次数延长至七天时则未发现这种结果。因此,传送的脉冲数可能是 rTMS 协议中的一个重要参数,突出了其在 rTMS 影响中的重要性。索引术语 — 细胞色素 c-氧化酶、磁疗、神经调节、重复经颅磁刺激。
电子与电气工程实验室 电子与电气工程实验室 (EEEL) 的研究项目涵盖了电气、电子、电磁和光电材料、组件、仪器和系统的几乎所有关键学科,并侧重于计量学。实验室在马里兰州盖瑟斯堡和科罗拉多州博尔德设有实验室;其年度预算约为 8000 万美元。EEEL 的项目涵盖以下领域的测量和相关研究:(1) 基本电气单元;(2) 超导电子学和约瑟夫森结器件、量子霍尔效应器件和单电子隧穿现象的应用;(3) 高临界温度和低临界温度超导体、器件和系统;(4) 磁性材料、块体和薄膜,包括记录介质和磁头;(5) 硅和复合半导体材料、工艺和器件,包括功率器件;(6) 用于纳米级制造控制的测试结构; (7) 光电子学,包括光波通信和传感技术、激光器和光学记录;(8) 微波和毫米波材料、仪器、系统和天线,包括单片微波/毫米波集成电路;(9) 电磁兼容性和干扰,包括辐射和传导,包括电能质量;(10) 射频和微波/毫米波噪声;(11) 电介质材料
随着半导体器件的缩小尺寸出现饱和迹象,微电子学的研究重点转向寻找基于新颖物理原理的新型计算范式。电子自旋是电子的另一个固有特性,它为目前在微电子学中使用的基于电子电荷的半导体器件提供了附加功能。自旋电流注入、自旋传播和弛豫以及栅极的自旋方向操控等几个基本问题已成功得到解决,从而使电子自旋能够用于数字应用。为了通过电方法产生和检测自旋极化电流,可以采用磁性金属触点。Boroš 等人 [1、2] 讨论的铁磁触点应足够小,以构成具有明确磁化方向的单个磁畴。小畴的磁矩在过去曾被成功利用,现在仍用于在磁性硬盘驱动器中存储信息。由此,二进制信息被编码到畴的磁化方向中。畴的磁化会产生可检测到的杂散磁场。交变磁矩会产生方向相反的磁场。读头可以检测到磁场并读取信息。Khunkitti 等人 [ 3 ] 的研究显示,高灵敏度磁头是实现超高磁密度磁数据存储技术的重要因素。为了写入信息,需要通过流入磁头的电流产生接近磁畴的磁场。正如 Khunkitti 等人 [ 4 ] 所指出的,记录密度主要取决于磁性介质的特性。如果没有外部磁场,磁畴的磁化将得以保留,不会随时间而改变。因此,在电子设备中添加磁畴可实现非易失性,即无需外部电源即可保持设备功能状态的能力。此外,可以通过在小磁畴中运行自旋极化电流来操纵其磁化方向。如果电流足够强,磁畴的磁化方向与自旋电流极化方向平行。通过电子电流对磁畴进行纯电操控,为开发一种具有更高可扩展性的概念上新型的非易失性存储器提供了令人兴奋的机会。冲击自旋极化电流可以由流经另一个铁磁体的电荷电流产生,该铁磁体与小磁畴之间由金属间隔物或隧道屏障隔开。由两个铁磁触点组成的夹层结构的电阻在很大程度上取决于触点在平行或反平行配置中的相对磁化方向。因此,编码到相对磁化中的二进制信息通过夹层的电阻显示出来。这种新兴的存储器被称为磁阻存储器。磁阻存储器结构简单。它们具有出色的耐用性和高运行速度。磁阻存储器与金属氧化物半导体场效应晶体管制造工艺兼容。它们为概念上新的低功耗数据计算范式开辟了前景