东芝开发出可详细阐明磁头内自旋扭矩振荡元件振荡状态的评估方法

东芝集团（“东芝”）近日宣布，针对有望进一步实现硬盘大容量化的下一代技术——共振型微波辅助磁记录（MAS-MAMR），东芝成功开发出可详细阐明磁头内“自旋扭矩振荡元件”（以下简称STO）振荡状态的评估方法。

具备低成本储庞大量数据的机械硬盘，至今仍是重要的存储设备，且市场对更高记录密度的需求持续增长。东芝致力于同时开发共振型微波辅助磁记录（MAS-MAMR）和热辅助磁记录（HAMR）两項技术，其中，在MAS-MAMR方面，东芝硬盘采用独创的双振荡型STO， 并已证实能有效提升记录能力，成为一项重要技术创新进展[1]。

要实现共振型微波辅助磁记录（MAS-MAMR）的商业化，需要准确掌握STO的振荡状态，以获得最佳微波特性，并将其反应到设计中，然而传统方法难以对其进行详细解析。

东芝此次通过与日本国立研究开发法人物质与材料研究机构（以下简称NIMS）的共同研究，成功开发出可直接评估STO振荡状态的创新方法。该方法有助于加深对双振荡型STO为代表的STO工作机制的理解，并推动共振型微波辅助磁记录（MAS-MAMR）技术的进一步发展。东芝硬盘将继续开发共振型微波辅助磁记录（MAS-MAMR）与热辅助磁记录（HAMR）两项技术，并推动下一代近线硬盘的研发。

该成果已于2026年1月21日发表于《Communications Physics》[2]。该期刊是由Nature Portfolio发行的物理学领域学术刊物，刊载对物理科学各专业领域中具有研究影响力的新实验结果、新技术以及计算方法等成果。

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开发背景

随着社会数字化进程不断推进，生成式AI的快速发展正深刻改变我们的生活。信息存储需求持续增长，机械硬盘在2024年的出货容量已超过1ZB，仍然在信息存储设备中发挥核心作用。预计到2030年，机械硬盘市场规模将达到320亿美元，其中面向数据中心的大容量近线硬盘市场预计将显著增长[3]。在此背景下，市场对硬盘进一步实现大容量化的需求将持续增强。

实现大容量化的关键，在于新型记录方式——能量辅助磁记录技术。东芝正在推进两种能量辅助技术的开发：对磁记录介质施加微波的MAS-MAMR，以及通过加热介质的HAMR。

共振型微波辅助磁记录（MAS-MAMR）中的微波源由磁头尖端形成的STO产生。东芝率先提出并开发了双振荡型STO，并成功验证了通过MAS-MAMR效应提升记录能力的效果[1]。双振荡型STO通过内部的两个磁性层协同振荡，能够产生最适和MAS-MAMR的微波。为了提高MAS-MAMR的记录密度，微波的稳定性、频率、强度和振荡方向等因素非常重要，而解析和理解作为微波源的STO的振荡状态，对于改良STO的设计并进一步实现硬盘的大容量化至关重要。

然而，磁头结构复杂，安装在其中的纳米级STO难以直接观察并解析其振荡状态。以往通过结合模拟结果和记录特性等多个间接信息来推测振荡状态，但通过直接解析来理解工作机制，已成为更高阶技术开发的关键。

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本项技术的优点

因此，东芝通过与NIMS的共同研究，开发出可详细阐明STO振荡状态的评估方法。该方法通过引入一种新的评估天线，并从外部向STO发射微波，实现了以往难以完成的振荡状态直接评估（图1）。

图1：共振型微波辅助磁记录（MAS-MAMR）记录操作和本评估方法示意图

该方法着眼于STO振荡与评估用天线所照射微波之间的同步现象。同步现象的有无因STO振荡状态而异，特别是在双振荡型STO所追求的双振荡状态下，该同步现象不会出现。即使在传统测量中振荡信号无明显差异的情况下，该方法也能明确区分双振荡状态与非双振荡状态，从而阐明振荡状态（图2）。根据STO的振荡状态，可能会出现多个振荡信号，但由于可以在频率层面进行测量，因此可以确定出共振型微波辅助磁记录（MAS-MAMR）最佳振荡状态的真实频率。

图2：利用该评估方法区分双振荡型STO的振荡状态

虽然磁头结构复杂，但只有STO会对评估用天线所发出微波产生灵敏的响应，因此可实现对STO进行专门的测量。传统方法需要准备复杂的配线才能进行精确评估，而本方法只需引入天线即可完成评估。能在数十GHz高频振荡下直接识别磁头内部STO状态的技术，代表硬盘记录技术领域的重要创新进展。

此外，STO还有望应用于模拟人脑工作机制的神经形态计算，以及适用于时间序列数据处理的储备池计算等下一代计算系统，该方法不仅限于共振型微波辅助磁记录（MAS-MAMR），还可广泛应用于STO的各种应用领域。

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未来展望

该方法将促进对STO工作机制的理解， 有助于实现STO的高级设计改良以及共振型微波辅助磁记录（MAS-MAMR）技术的进一步发展。东芝将继续开发MAS-MAMR与HAMR两项技术，加速下一代大容量硬盘的研发，并致力于为快速扩张的数据中心、生成式AI等多样化的存储需求提供解决方案。