פאראמגנטיות על היא תופעה שבה חומרים מגנטיים עשויים להראות התנהגות דומה לפאראמגנטיות גם בטמפרטורות נמוכות מתחת לטמפרטורת קירי או טמפרטורת ניל שלהם. זוהי תופעה קצרת טווח, שבה האנרגיה הדרושה כדי לשנות את הכיוון של המומנט המגנטי של חלקיק הנה בת השוואה לאנרגיה התרמית הסביבתית. בנקודה זו, שיעור החלקיקים שיהפכו את כיוונם באופן אקראי יגדל.
בדרך כלל, כוחות מזווגים בחומרים פרומגנטיים גורמים למומנטים המגנטיים של אטומים שכנים להיערך באופן מסודר, מה שגורם לשדות מגנטיים פנימיים חזקים מאוד. זו התכונה המבדילה בין חומרים פרומגנטיים לחומרים פאראמגנטיים.
בטמפרטורות גבוהות מטמפרטורת קירי (או טמפרטורת ניל עבור חומרים אנטי פרומגנטיים), האנרגיה התרמית ממסכת על הכוחות המזווגים, וגורמת למומנטים המגנטיים האטומיים לנוע באקראי. כיוון שכבר אין יותר סדר מגנטי, השדה המגנטי הפנימי מפסיק להתקיים והחומר מראה התנהגות פאראמגנטית. אם החומר הוא לא הומוגני, ניתן לצפות בצברי אטומים פאראמגנטיים ופרומגנטיים באותה טמפרטורה, ובמילים אחרות, בשלב של פאראמגנטיות על. הרעיון של פאראמגנטיות על מהווה חלק[1] מאלגוריתם הצבר העל פאראמגנטי (SPC), כמו גם בהרחבה שלו: SPC עולמי[2].
פאראמגנטיות על מתרחשת כאשר חומר עשוי מהרבה גבישים בודדים קטנים (1-10 nm). במקרה זה, גם כאשר הטמפרטורה היא מתחת לטמפרטורת קירי או ניל (ומכאן שהאנרגיה התרמית לא מספיקה כדי להתגבר על הכוחות המזווגים בין שני אטומים שכנים), האנרגיה התרמית מספיקה כדי לשנות את כיוון המגנטיזציה בכל הגביש הבודד.
התנודות בכיוון המגנטיזציה שנגרמות מכך גורמות לשדה המגנטי להגיע לערך של אפס בממוצע. באופן זה, החומר מתנהג באופן דומה לפאראמגנטיות, מלבד שבמקום שכל אטום יהיה מושפע עצמאית מהשדה המגנטי החיצוני, המומנט המגנטי של כל הגביש הבודד יטה להיערך עם השדה המגנטי.
האנרגיה הדרושה כדי לשנות את כיוון המגנטיזציה של גביש בודד ידועה בשם "אנרגיה גבישית אניזוטרופית" ותלויה בתכונות החומר ובגודל הגביש הבודד. ככל שגודל הגביש הבודד יורד, כך גם האנרגיה הגבישית האניזוטרופית, מה שגורם להפחתה בטמפרטורה שבה החומר יהפוך לעל פאראמגנטי.
הקצב שבו חלקיקים יאבדו את הכיוון שלהם נקבע על ידי משוואת ניל ארניוס. באופן מיוחד, היא פונקציה של הירידה המעריכית בנפח מערך הסיבים.
פאראמגנטיות על מציבה גבול לצפיפות האחסון של כוננים קשיחים בגלל הגודל המינימלי של החלקיקים שניתן להשתמש בהם. גבול זה ידוע בשם "גבול על פאראמגנטי". הטכנולוגיה הנוכחית של דיסק קשיח עם הקלטה אורכית מוערכת כבעלת גבול של 100 עד 200Gbit/sq.inch, למרות שהערכה זו משתנה כל הזמן[3].
טכניקה אחת שהוצעה על מנת להרחיב את צפיפות ההקלטה על דיסקים קשיחים היא לעשות שימוש בהקלטה אנכית במקום בהקלטה האורכית המסורתית. דבר זה משנה את הגאומטריה של הדיסק ומשנה את העוצמה של האפקט העל פאראמגנטי. הדעה כיום היא שהקלטה אנכית תאפשר להגיע לצפיפויות מידע של עד 1Tbit/sq.inch.
טכניקה נוספת שנמצאת בתהליכי פיתוח היא שימוש בכונני HAMR (הקלטה מגנטית המסתייעת בחום), שעושים שימוש בחומרים יציבים בגדלים קטנים בהרבה. אבל, הם דורשים חימום לפני שהאוריינטציה המגנטית של ביט יכולה להשתנות.
| מצבים מגנטיים | |
|---|---|
|