Các đầu trở từ lớn và các con trượt đầu từ

Trong việc tìm kiếm một mật độ dày hơn. IBM giới thiệu một loại đầu từ MR mới vào năm 1997. Được gọi là đầu từ điện trở lớn (giant magneto-resistive head), về mặt vật lý chúng nhỏ hơn các đầu từ MR chuẩn nhưng cùng được đặt tên cho hiệu ứng GMR trên những gì chúng dựa vào. Thiết kế này rất giống, tuy nhiên, các lớp thêm vào thay thế lớp NiFe đơn trong thiết kế MR quy ước. Trong các đầu MR. một phim NiFe thay đổi điện trở đáp ứng với sự đảo chiều thông lượng trên đĩa. Trong các đầu GMR, hai phim (tách biệt bởi một lớp dẫn bằng đồng rất mỏng) thực hiện chức năng này.

Các đầu trở từ lớn

Hiệu ứng GMR được phát hiện đầu tiên vào năm 1988 trong những mẫu pha lê phát ra từ trường lớn (1,000 lần từ trường dược sử dụng trong các ổ đĩa cứng). Nhà khoa học Peter Gruenberg vùng Julich. Đức và Albert Fert của Pháp phát hiện các thay đổi điện trở lớn đang xảy ra trong nhừna vật liệu chứa đựng xen kẽ các lớp rất mỏng của các nhân tố kim loại khác nhau. Kiến trúc chủ đạo trong các vật liệu của GRM là một lớp đệm kim loại không từ tính giữa hai lớp kim loại từ tính. Một trong các lớp từ gọi là bị ghìm (pinned), nghĩa là chúng có định hướng từ bắt buộc. Lớp từ kia gọi là tự do (free), nghĩa là nó có thể tự do thay đổi theo định hướng hay sắp xếp. Các vật liệu từ tính thường sắp xếp với nhau theo cùng hướng. Do đó nếu lớp đệm vừa đủ mỏng, lớp tự do sẽ có cùng hướng với lớp bị ghim. Cái được khám phá ra là sự sắp xếp từ tính của lớp từ tự do này thay đổi theo định kỳ và thoát khói bị sắp xếp trong cùng hướng từ tính như lớp bị ghìm thành sắp xếp theo hướng từ tính ngược lại. Điện trở tổng quát là tương đối thấp khi các lớp trong cùng sắp xếp và tương đối cao khi trong sắp xếp từ tính ngược nhau. 

Khi một từ trường yếu, như từ một bit trên một ổ cứng, đi qua bên dưới một đầu từ GMR, định hướng từ tính của lớp từ tự do luân phiên tương đối so với lớp kia và tạo ra một thay đổi đáng kể trong trong điện trở điện do hiệu ứng GMR. Bởi vì tính chất vật lý của thay đổi điện trở được quyết định do bởi sự quay tròn tương đối của các electron trong các lớp khác nhau, các đầu từ GMR thường được nhắc đến như các đầu từ van quay (spin-valve head).

IBM công bố ổ đĩa thương mại đầu tiên sử dụng các đầu từ GMR (một ổ đĩa 16.8GB 3 Vi’) vào tháng 12 năm 1997. Kể từ đó, các đầu từ GMR trở thành tiêu chuẩn trong hầu hết các ổ đĩa 3 5″ và 2.5″.

Các con trượt đầu từ

Thuật ngữ con trượt (Slider) được sử dụng đề mô tả khối vật liệu hỗ trợ đầu từ ổ đĩa truyền động của chính nó. Con trượt là cái thực chất nổi hay trượt trên toàn bộ bề mặt đĩa, giữ đầu từ tại khoảng cách đúng với đĩa cho việc đọc và ghi. Các con trượt cũ hơn thì giống như một thuyền ba chân, với hai vỏ bọc bên ngoài nôi dọc theo bề mặt đĩa và một phần “thân” trung tâm thật sự mang đầu từ và khẽ hở đọc/ghi. Chú ý rằng đầu từ thật sự. với khẽ hở đọc/ghi. nàm ờ đầu quét của con trượt.

Với xu hướng về các ổ đĩa có hệ số dạng ngày càng nhỏ đâ buộc các con trượt cũng trở nên nhỏ hơn. Các thiết kế con trượt Mini-Winchester tiêu biểu có kích cỡ khoảng 4mmx3.2mmx0.86mm. Hầu hết các nhà sản xuất đầu từ đã chuyển sang những con trượt nhỏ hơn Micro, Nano, Pico hoặc Femto. Con trượt Femto được sử dụng ngày nay cực kỳ nhỏ khoáng kích cỡ viên bi trên đầu bút bi. Các con trượt Pico và Femto thì được lắp ráp bằng cách sử dụng cáp kết nối mềm (FIC: Flex interconnect cáp) và các công nghệ chip trong gốm (COC: chip on ceramic) cho phép quy trình hoàn toàn tự động bảng 1 thể hiện các đặc tính của các loại con trượt khác nhau được đùng trong các ổ đĩa cứng.

Bàng 1: Các loại con trượt ổ đĩa cứng.

Các con trượt nhỏ hơn làm giảm khối lượng được mang tại đầu của các cần truyền động đầu từ, cung cấp gia tốc được tăng lên hay giảm tốc, do đó làm nhanh hơn thời gian tìm kiếm. Các con trượt nhỏ hơn cũng yêu cầu phần diện tích bề mặt ít hơn. cho phép đầu từ đến rãnh ghi gần hơn đường kính bên trong lẫn bên ngoài, do đó làm tăng phạm vi sử dụng của platter. Hơn nữa, phần tiếp xúc của con trượt nhỏ làm giảm đi sự mòn nhẹ trên bề mặt olatter xảy ra trong quá trình khởi động và quay chậm dần thông thường của ổ đĩa.

Các thiết kế con trượt mới nhất cùng cái tiên riêng cho mẩu bề mặt đĩa để giữ cùng chiều cao nổi phía trên bề mặt đĩa, cho dù con trượt đó có định vị trên cylinder trong hay ngoài. Các con trượt quy ước có thể tăng hay giảm đáng kể chiều cao nổi của nó tuỳ thuộc vào vận tốc của bề mặt đĩa quay bên dưới chúng. Phía trên cylinder ngoài, vận tốc và chiều cao nổi có thể cao hơn. Sự sắp xếp này không thích hợp cho những ổ đĩa mới sử dụng ghi bit quy vùng, nơi mà mật độ bit giống nhau trên các cylinder. Khi mật độ bit này kết hợp xuyên suốt ổ đĩa, chiều cao nổi của đầu từ cùng cố định tương đối cho hoạt động tối đa. Các kiểu bề mặt kết cấu đặc biệt và các kỹ thuật sản xuất cho phép các con trượt nổi tại một độ cao khá phù hợp, làm chúng hoàn hảo với các ổ đĩa ghi bit quy vùng. 

Một thanh trượt Femto có 3 vùng rõ rệt với các hình thể phức tạp được thiết kế để đạt chiều cao nổi từ đầu từ đến đĩa phù hợp trên toàn bộ đĩa cũng như sự suy giảm chiều cao tối thiểu trong các điều kiện độ cao (áp lực thấp). Vùng khắc nông tạo ra một lối vào không khí có bậc cho phép luồng không khí tạo ra một áp lực dương trên bề mặt ổ trục không khí đẩy con trượt ra khói đĩa. Vùng khắc sâu tạo ra một túi áp lực âm cùng lúc đẩy con trượt gần bề mặt đĩa hơn. Sự kết hợp của áp lực dương và âm được thiết kế để cân bằng lực đòn treo đẩy con trưọt về phía đĩa. Trong khi giữ con trượt tại một độ cao mong muốn phía trên bề mặt đĩa. Sự cân bằng của áp lực dương và âm làm ổn định và làm giảm đi các thay đổi của chiều cao nổi thường thấy trong những thiết kế con trượt cũ. ổ đĩa đẩu tiên sử dụng thiết kế con trượt Femto là ổ đĩa Hitachi 7K60 2 Vi phát hành vào tháng 5 năm 2003. Hầu hết các ổ đĩa dung lượng cao hơn trên thị trường hiện nay sử dụng thiết kế này.

Tìm hiểu thêm các loại laptop và màn hình!