Skip to main content
SpringerLink
Log in

Magnetic Information-Storage Materials

  • Reference work entry
Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials

Part of the book series: Springer Handbooks ((SHB))

Abstract

The purpose of this chapter to review the current status of magnetic materials used in data storage. The emphasis is on magnetic materials used in disk drives and in the emerging technology of the magnetic random-access memory (MRAM). A wide range of magnetic materials is essential for the advance of magnetic recording both for magnetic recording heads and media, including high-magnetization soft-magnetic materials for write heads, new antiferromagnetic alloys with high blocking temperatures and low susceptibility to corrosion for pinning films in giant-magnetoresistive (GMR) sensors and new ferromagnetic alloys with large values of giant magnetoresistance. For magnetic recording media, the advances are in high-magnetization metal alloys with large values of the switching coercivity. A significant limitation to magnetic recording is found to be the superparamagnetic effect and new advances in multilayer ferromagnetic films to reduce the impact of the effect, but also to allow high-density recording have been developed.

Perpendicular recording as compared to longitudinal recording is reviewed and it is shown that this technology will be the dominant recording technology in the future. The MRAM device uses some of the same materials as used in the GMR sensor, but the key technology is the magnetic tunneling junction in which soft-magnetic films are coupled by a thin insulating film and conduction is by quantum-mechanical tunneling. The status of the MRAM technology and some of the key problems are reviewed.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Log in via an institution
Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 399.00
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Abbreviations

AFM:

atomic force microscopy

DC:

direct current

FM:

Frank–van der Merwe

GMR:

giant magnetoresistance

MOS:

metal/oxide/semiconductor

SNR:

signal-to-noise ratio

TEM:

transmission electron microscope

References

  1. E. Grochowski: IBM Almaden Research Laboratories (http://www.storage.ibm.com/technolo/grochows/grocho01.htm) (2003)

  2. R. L. Comstock: J. Mater. Sci. Mater. Electrom. 13, 509 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  3. C. D. Mee, E. D. Daniel, M. H. Clark: Magnetic Recording: The First 100 Years (Wiley, New York 1998)

    Google Scholar 

  4. R. L. Comstock: Introduction to Magnetism and Magnetic Recording (Wiley, New York 1999)

    Google Scholar 

  5. R. L. Comstock: Data storage in rigid disks, 2nd edn., ed. by C. Mee, E. Daniels (McGraw-Hill, New York 1996)

    Google Scholar 

  6. R. Bozorth: Ferromagnetism (Van Nostrand, New York 1951)(reprinted by IEEE, New York 1993)

    Google Scholar 

  7. X. Liu, G. Zangart, M. Shamsuzzoha: J. Electrochem. Soc. 150 (3), C159 (2003)

    Article  Google Scholar 

  8. N. Robertson, B. Hu, C. Tsang: IEEE Trans. Magn. 33, 2818 (1997)

    Article  CAS  Google Scholar 

  9. X. Liu, G. Zangari: IEEE Trans. Magn. 37, 1764 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  10. T. Osaka, T. Yokoshima, T. Nakanishi: IEEE Trans. Magn. 37, 1761 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  11. Y. Liu, V. Harris, M. Kryder: IEEE Trans. Magn. 37, 1779–1782 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  12. Y. Ding, S. Byeon, C. Alexander Jr.: IEEE Trans. Magn. 37, 1776 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  13. R. E. Jones Jr.: IBM Disk Storage Technol. GA-26-1665-0, 6 (1980)

    Google Scholar 

  14. P. Andricacos, L. Romankiw: Magnetically soft materials in data storage: Their properties and electrochemistry. In: Adv. Electrochem. Sci. Eng., Vol. 3, ed. by H. Gerischer, C. Tobias (VCH, Weinheim 1990)

    Google Scholar 

  15. R. L. Comstock, M. Williams: AIP Conf. Proc. Magn. Mater. 5, 738 (1971)

    Google Scholar 

  16. T. Dinan: Electrolytics, Electrolytics Inc., San Jose Ca, private communication

    Google Scholar 

  17. G. Bertero, S. Malhotra, B. Bian, J. Tsoi, M. Avenell, D. Wachenschwanz, T. Yamashita: IEEE Trans. Magn. 39, 651 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  18. S. Byeon, F. Liu, G. Mankey: IEEE Trans. Magn. 37, 1770 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  19. M. Baibach, J. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dan, F. Petroff, P. Etienne, G. Creuzet, A. Fredrick, J. Chazelas: Phys. Rev. Lett. 61, 2472 (1988)

    Article  Google Scholar 

  20. H. Kanai, K. Yamada, K. Aoshima, Y. Ohtsuka, J. Kane, M. Kanamine, J. Toda, Y. Mizoshita: IEEE Trans. Magn. 32, 3368 (1996)

    Article  Google Scholar 

  21. R. Wood, M. Williams, J. Hong: IEEE Trans. Magn. 26, 2954 (1990)

    Article  Google Scholar 

  22. B. Dieny, V. Speriosu, S. Parkin, P. Baumgart, D. Wilhoit: J. Appl. Phys. 69, 4774 (1991)

    Article  CAS  Google Scholar 

  23. S. Parkin: Appl. Phys. Lett. 61, 1358 (1992)

    Article  CAS  Google Scholar 

  24. H. Bertram, H. Zhou, R. Gustafson: IEEE Trans. Magn. 34, 1846 (1998)

    Google Scholar 

  25. T. Lin, C. Tsang, R. Fontana, J. Howard: IEEE Trans. Magn. 32, 2585 (1995)

    Google Scholar 

  26. A. Devasahayam, M. Kryder: IEEE Trans. Magn. 35, 649 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  27. Y. Hamakawa, M. Komuro, K. Watanabi, H. Hoshiya, T. Okada, K. Nakamoto, Y. Suzuki, M. Fuyama, H. Fukui: IEEE Trans. Magn. 35, 677 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  28. H. Kishi, Y. Kitade, Y. Miyaki, A. Tanaka, K. Kobayashi: IEEE Trans. Magn. 32, 3380 (1996)

    Article  CAS  Google Scholar 

  29. S. Parkin, D. Mauri: Phys. Rev. B 44, 7131 (1991)

    Article  CAS  Google Scholar 

  30. J. Mathon: Contemp. Phys. 32, 143 (1999)

    Article  Google Scholar 

  31. S. O. Kasap: Principles of Electronic Materials and Devices, 2nd edn. (McGraw-Hill, New York 2002)

    Google Scholar 

  32. I. A. Campbell, A. Fert: Transport properties of ferromagnets. In: Ferromagnetic Materials, Vol. 3, ed. by E. P. Wohlfarth (North-Holland, Amsterdam 1984) p. 3

    Google Scholar 

  33. R. C. OʼHandley: Modern Magnetic Materials Principles and Applications (Wiley, New York 2000)

    Google Scholar 

  34. R. L. White: IEEE Trans. Magn. 28, 2482 (1992)

    Article  CAS  Google Scholar 

  35. M. Doerner, X. Bian, M. Madison, K. Tang, Q. Peng, A. Polcyn, T. Arnoldussen, M. Toney, M. Miramaani, K. Takano, E. Fullerton, D. Margulies, M. Schabes, K. Rubin, M. Pinarbasi, S. Yuan, M. Parker, D. Weller: IEEE Trans. Magn. 37, 1052 (2001)

    Article  Google Scholar 

  36. T. Arnoldussen: IEEE Trans. Magn. 34, 1851 (1998)

    Article  Google Scholar 

  37. G. Choe, J. Zhou, B. Demczyk, M. Yu, M. Zheng, R. Weng, A. Chekanov, K. Johnson, F. Liu, K. Stoev: IEEE Trans. Magn. 39, 633 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  38. M. Madison, T. Arnoldussen, M. Pinarbasi, T. Chang, M. Parker, J. Li, S. Duan, X. Bian, M. Mirzamaani, R. Payne, C. Fox, R. Wang: IEEE Trans. Magn. 35, 695 (1999)

    Article  Google Scholar 

  39. D. Weller, A. Moser: IEEE Trans. Magn. 35, 4423 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  40. E. Abarra, B. Acharya, A. Inomata, I. Okamoto: IEEE Trans. Magn. 37, 1426 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  41. E. Abarra, A. Inomata, H. Sato, I. Okamoto, Y. Mizoshita: Appl. Phys. Lett. 77, 2581 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  42. E. Fullerton, D. Margulies, N. Schabes, M. Carey, B. Gurney, A. Moser, M. Best, G. Zeltzer, K. Rubin, H. Rosen: Appl. Phys. Lett. 77, 3806 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  43. A. Inomata, B. Acharya, E. Abarra, A. Ajan, D. Hasegawa, I. Okamoto: J. Appl. Phys. 91, 7671 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  44. M. Schabes, E. Fullerton, D. Margulies: IEEE Trans. Magn. 37, 1432 (2001)

    Article  Google Scholar 

  45. IBM Research News (//www.research.ibm.com/esources/news/20010518_whitepaper.shtml) (2001)

  46. Z. Zhang, Y. Feng, T. Clinton, G. Badran, N. Yeh, G. Tarnopolsky, E. Girt, M. Munteanu, S. Harkness, H. Richter, T. Nolan, R. Ranjan, S. Hwang, G. Rauch, M. Ghaly, D. Larson, E. Singleton, V. Vasko, J. Ho, F. Stageberg, V. Kong, K. Duxstad, S. Slade: IEEE Trans. Magn. 38, 1861 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  47. G. Choe, J. Zhou, R. Weng, K. Johnson: J. Appl. Phys. 91, 7665 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  48. S. Khizroev, Y. Lui, K. Mountfield, M. Kryder, D. Litvinov: J. Magn. Magn. Mater. 246, 335 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  49. M. Mallory, A. Torabi, M. Benaki: IEEE Trans. Magn. 38, 1719 (2002)

    Article  Google Scholar 

  50. M. L. Williams: Conf. Proc. IDEMA Symposium Perpendicular Recording, (2004)

    Google Scholar 

  51. W. Xia, H. Aoi, H. Muraoka, Y. Nakamura: IEEE Trans. Magn. 40, 2365 (2004)

    Article  Google Scholar 

  52. T. Okada, H. Kimura, I. Nunokawa, N. Yoshida, K. Etoh, M. Fuyama: IEEE Trans. Magn. 40, 290 (2004)

    Article  Google Scholar 

  53. N. Honda, K. Ouchi, S. Iwasaki: IEEE Trans. Magn. 38, 1615 (2000)

    Article  Google Scholar 

  54. K. Ouchi, N. Honda: IEEE Trans. Magn. 36, 16 (2002)

    Article  Google Scholar 

  55. N. Honda, S. Yanase, K. Ouchi, S. Iwasaki: J. Appl. Phys. 85, 6130 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  56. I. Lee, H. Ryu, H. Lee, T. Lee: J. Appl. Phys. 85, 6133 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  57. T. Kertoku, J. Ariake, N. Honda, K. Ouchi: J. Magn. Magn. Mater. 235, 34 (2001)

    Article  Google Scholar 

  58. L. Wu, S. Yanase, N. Honda, K. Ouchi: J. Magn. Soc. Jpn. 21, 301 (1997)

    Article  CAS  Google Scholar 

  59. X. Qi, B. Stadler, R. Victora, J. Judy, O. Hellwig, N. Supper: IEEE Trans. Magn. 40, 2476 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  60. T. Suzuki, N. Honda, K. Ouchi: J. Magn. Soc. Jpn. 21-S2, 177 (1997)

    Google Scholar 

  61. G. Bertero, D. Wachenschwanz, S. Malhotia, S. Velu, B. Bian, D. Stafford, Y. Wu, T. Yamashita, S. Wang: IEEE Trans. Magn. 38, 1627 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  62. T. Oikawa, M. Nakamura, H. Uwazumi, T. Shimatsu, H. Muraoka, Y. Nakamura: IEEE Trans. Magn. 38, 1976 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  63. H. Uwazumi, K. Enomoto, Y. Sakai, S. Takenoiri, T. Oikawa, S. Watanabe: IEEE Trans. Magn. 39, 1914 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  64. Y. Sonobe, D. Weller, Y. Ikedu, K.. Takano, M. Schabes, G. Zeltzer, H. Do, R. Yeu, M. Best: J. Magn. Magn. Mater. 235, 424 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  65. Y. Sonobe, K. Miura, Y. Nakamura, K. Takano, H. Do, A. Mosher, B. Yen, Y. Ikeda, N. Supper: J. Appl. Phys. 91, 8055 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  66. H. Muraoku, Y. Sonobe, K. Muira, A. Goodman, Y. Nakamura: IEEE Trans. Magn. 38, 1632 (2002)

    Article  Google Scholar 

  67. Y. Sonobe, H. Muraoka, K. Miura, Y. Nakamura, K. Takano, A. Moser, H. Do, B. Yen, Y. Ikeda, N. Supper, H. Weresin: IEEE Trans. Magn. 38, 2006 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  68. M. Williams, C. Rettner, K. Takano, W. Weresin: IEEE Trans. Magn. 38, 1643 (2002)

    Article  Google Scholar 

  69. R. M. White: Introduction to Magnetic Recording (IEEE, New York 1985)

    Google Scholar 

  70. K. Z. Gao, H. N. Bertram: IEEE Trans. Magn. 38, 3675 (2002)

    Article  Google Scholar 

  71. J. Judy: J. Magn. Magn. Mater. 235, 235 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  72. E. Velua, S. Malhotra, G. Bertero, D. Wachenschwanz: IEEE Trans. Magn. 39, 668 (2003)

    Article  Google Scholar 

  73. S. Oikawa, A. Takeo, T. Hikosaka, Y. Tanaka: IEEE Trans. Magn. 36, 2393 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  74. M. Zheng, G. Choe, A. Chekanov, B. Demczyk, B. Acharya, K. Johnson: IEEE Trans. Magn. 39, 1919 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  75. K. Miura, H. Muraoka, Y. Sonobe, Y. Nakamura: IEEE Trans. Magn. 38, 2054 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  76. C. Brucker, T. Nolan, B. Lu, Y. Kubota, M. Plumer, P. Lu, R. Cronch, C. Chang, D. Chen, J. Chen, R. Michel, G. Parker, N. Tabat: IEEE Trans. Magn. 39, 673 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  77. C. Chang, M. Plumer, C. Brucker, J. Chen, R. Ranjan, J. van Elk, J. Yu, D. Karns, Y. Kubota, G. Ju, D. Weller: IEEE Trans. Magn. 38, 1637 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  78. M. Zheng, G. Choe, K. Johnson, L. Gao, S. Liou: IEEE Trans. Magn. 38, 1979 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  79. S. Kong, T. Okamoto, K. Kim, S. Nakagawa: IEEE Trans. Magn. 38, 1982 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  80. S. Takenoiri, K. Enomoto, Y. Sakai, S. Watanabe: IEEE Trans. Magn. 38, 1991 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  81. H. Takano, Y. Nishida, A. Kuroda, H. Sawaguchi, Y. Hosoe, T. Kawabe, H. Aoi, H. Muraoka, Y. Nakamura, K. Ouchi: J. Magn. Magn. Mater. 235, 241 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  82. W. Eppler, A. Sunder, D. Karns, E. Kurtas, G. Ju, X. Wu, P. van der Heijden, Y. Kubota, H. Zhou, C.-H. Chang: IEEE Trans. Magn. 39, 663 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  83. Hitachi Global Storage Technologies, announcement on the website; www.hitachigst.com/hdd/research/recording_ head/pr (March 2005)

  84. Seagate press release: seagate.com, (2002)

  85. E. Murdock, J van Ek: Lake arrowhead workshop (2003)

    Google Scholar 

  86. S. Parkin, K. Roche, M. Samant, P. Rice, R. Beyers, R. Scheuerlein, E. OʼSullivan, S. Brown, J. Bucchigano, D. Abraham, Y. Lu, M. Rooks, P. Trouilloud, R. Wanner, W. Gallagher: J. Appl. Phys. 85, 5828 (1999)

    Article  CAS  Google Scholar 

  87. S. Tehrani, B. Engel, J. Slaughter, E. Chen, M. DeHerra, M. Durlam, P. Naji, R. Whig, J. Janesky, J. Calder: IEEE Trans. Magn. 36, 2752 (2000). The curve of magnetoresistance % is from a private communication with Mark deHerrera from Motorola

    Article  CAS  Google Scholar 

  88. R. Meservey, P. Tedrow: Phys. Rep. 238, 175 (1994)

    Article  Google Scholar 

  89. M. Julliere: Phys. Lett. 54A, 225 (1975)

    CAS  Google Scholar 

  90. H. Kronmüller, R. Hertel: J. Magn. Magn. Mater. 215-216, 11 (2000)

    Article  Google Scholar 

  91. K. Lee, W. Park, T. Kim: IEEE Trans. Magn. 39, 2842 (2003)

    Article  Google Scholar 

  92. I. Prejbeanu, W. Kula, K. Ounadjela, R. Sousa, O. Redon, B. Dieny, J. Nozieres: IEEE Trans. Magn. 40, 2625 (2004)

    Article  Google Scholar 

  93. S. Araki, K. Sato, T. Kagami, S. Saruki, T. Uesugi, N. Kasahara, T. Kuwashima, N. Ohta, J. Sun, K. Nagi, S. Li, N. Hachisuka, H. Hatata, N. Kagotani, N. Takahashi, K. Ueda, M. Matsuzaki: IEEE Trans. Magn. 38, 72 (2002)

    Article  Google Scholar 

  94. S. Solin, D. Hines, A. Rowe, J. Tsai, Y. Pashkin, S. Chung, N. Goel, M. Santos: Appl. Phys. Lett. 80, 4012 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  95. S. Solin: Sci. Am. Mag. 291, 71 (2004)

    CAS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. San Jose State University, 6574 Crystal Springs Drive, 95120, San Jose, CA, USA

    Larry Comstock Dr.

Authors
  1. Larry Comstock Dr.
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Larry Comstock Dr. .

Editor information

Editors and Affiliations

  1. Department of Electrical Engineering, University of Saskatchewan, 57 Campus Drive, S7N 5A9, Saskatoon, SK, Canada

    Safa Kasap Prof.

  2. Materials Team Leader, SELEX Sensors and Airborne Systems Infrared Ltd., Millbrook Industrial Estate, PO Box 217, SO15 0EG, Southampton, Hampshire, UK

    Peter Capper Dr.

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2006 Springer-Verlag

About this entry

Cite this entry

Comstock, L. (2006). Magnetic Information-Storage Materials. In: Kasap, S., Capper, P. (eds) Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials. Springer Handbooks. Springer, Boston, MA. https://doi.org/10.1007/978-0-387-29185-7_51

Download citation

Publish with us

Policies and ethics

Search

Navigation