超顺磁效应的硬盘发展无法避开超顺磁效应

硬盘盘片是通过在盘基上涂覆一层磁性材料制成的，常用的磁性材料为钴铂铬硼（CoPtCrB）合金。磁性材料的颗粒大小直接影响盘片的磁记录密度，因为磁盘上表示信息的小磁极是由数百个磁性颗粒组成，磁记录密度越高，要求磁性材料的粒度越细。硬盘的磁记录密度为20Gbpsi（每个盘片约为30GB）时，磁性颗粒的直径为13nm，磁性涂层的厚度为17nm左右。要实现100Gbpsi的磁记录密度，就必须把粒径和涂层厚度分别缩小到9.5nm和10nm。
随着磁性颗粒的缩小，表示数据的小磁极会变得越来越不稳定。引起不稳定的原因在于热能，磁性颗粒必须拥有足够的磁能才能抗拒颗粒所具有的热能的干扰。热能为玻耳兹曼常数与温度的乘积，热能随温度升高而增强；而磁能的大小取决于磁力大小和粒子体积，由于已经使用磁性最强的材料，没有进一步增强磁力的空间了，因此磁性颗粒的磁能将随粒度的缩小而降低。如果继续降低磁性颗粒的体积，以至于磁能低于热能，硬盘本身的温度甚至室温就可以让磁性颗粒的极性从有序变成无序，导致小磁极的整体极性消失，如图1（a）。这种现象被称为“热搅动（Thermal Fluctuation）”，热搅动现象将导致数据的永久性丢失。所以说，为提高硬盘存储密度而缩小磁性颗粒的粒度做法是有限度的。
另一方面，磁盘表面用于表示数据的每个小磁极是由许多磁性颗粒构成的，相邻的两个磁磁极之间在盘面上呈现犬牙交错的形态从而造成小磁极边缘的磁通相互抵消，这就是所谓的“磁转变噪音（Magnetic Transition Noise）”。磁转变噪音减小了磁极的磁场强度，这对读取信息构成一定的负面影响。如果磁极没有足够的长度，磁头将很难读取磁盘信息。为了缩短小磁极的长度，同时又要避免这种噪音的影响，只有通过缩小磁性颗粒的直径，以使磁极的边缘看上去相当“平齐”而非“犬牙交错”。为了实现100Gbpsi的记录密度就必须制作出10nm以下的结晶。
综合以上两种情况，磁盘上的磁性颗粒既不能太大，也不能太小。太大会因为磁转变噪音而降低磁通量，给读盘带来困难；而太小又容易发生热搅动，导致记录信息的彻底消失。提高存储密度的工作陷入了两难困境，如果没有相应对策，硬盘容量增长的旅程将就此止步。