來自日本與希捷的研究人員在概念驗證研究中，展示了一種多層磁盤驅動器的記錄技術方法，有望將磁盤驅動器容量提高至2到3倍。
磁盤驅動器的碟片採用磁記錄材料表面，所記錄的bit在各條同心磁軌上進行寫入與讀取。讀取和寫入是由致動器裝置執行的，該致動器裝置在磁盤磁軌上移動，並在磁盤下方旋轉時對bit位域進行操作。希捷最新的熱輔助磁記錄（HAMR）技術可寫入更小的bit，將相應bit位域暫時加溫以執行寫入（設置磁極性方向），而後將其冷卻至室溫以實現長期磁穩定性。
論文《用於多級熱輔助磁記錄的雙層FePt-C顆粒介質》描述了研究人員為記錄材料、分層機制及其功能設計的理論測試。文章由日本物質材料研究所（NIMS）和東北大學的科學家，以及弗里蒙特希捷公司的工程師們編寫，須43.14美元的Elsevier付費牆方可訪問。
作者解釋了傳統的HAMR記錄技術，分為單層與二級。其磁性北極或南極對於二進制中的1或0；而多級雙層記錄則在每層上有兩個四二進制級：
通過使用磁性納米顆粒縮小bit位域的大小，磁盤驅動器的容量得以進一步提升。現有垂直磁記錄（PMR）技術只須室溫下運行，但晶粒尺寸有所限制，約合為1 Tbit/平方英寸面積。一旦低於該尺寸，則晶粒的磁極性不再穩定，意味著磁盤驅動器無法可靠存儲資訊。HAMR技術使用不同的磁記錄介質，該介質在環境溫度或室溫下穩定，但需要加熱才能改變其磁極性。這使得bit位域的大小縮小至1.5 Tbit/平方英寸及4 Tbit/平方英寸。若進一步縮小，則其磁極性同樣不夠穩定。
文章表示，「要提升未來幾代磁盤驅動器記錄介質的面密度，需要一種不依賴於晶粒尺寸小型化的新型記錄概念。其中一種解決方案是bit模式介質（1 bit=1晶粒）而非粒狀介質（1 bit=多個晶粒）。數值計算預測bit模式介質可以實現10 Tbit/平方英寸的面密度。然而，bit模式介質由於其昂貴的納米製程工藝而無法大規模生產。」
研究人員們的想法是使用兩層HAMR記錄材料建立雙通方案，每層具有不同的居里溫度（指磁性材料中自發磁化強度降到零時的溫度），在該溫度下其磁方向可以轉變。雷射加熱記錄介質的表面，表層熱量滲透至下層，使兩層均寫入相同的值。冷卻後表面再次加熱但溫度較低，這樣可以寫入上層的值但不會改變下層的值。
研究人員展示了這種兩層記錄材料的概念，HAMR加熱雷射器與寫入光經過調整，能夠首先對下層執行操作，而後寫入上層的bit值。這為上層和下層中的任意bit對提供四個理論bit值：1-1、1-0、0-1和0-0。
文章首先記錄了FePt-C（鐵、鉑和碳）層，其百度約為5至6納米，其間有一個斷裂的Ru-C（釕和碳）層，百度為該層的一半。表面施以碳覆蓋層以防止表面氧化。
研究人員拍攝電子顯微鏡照片來檢查晶粒結構與層之間的分離，並通過有限元模型分析以驗證其概念的操作。換句話說，研究人員並沒有構建出實際存在的讀寫頭並在帶有記錄介質層的旋轉碟片上測試其操作。
研究人員指出，在此模型中「加熱點以4米/秒的速度沿介質移動。由於不同的Tc（Tc1
儘管存在四種潛在的成對層bit狀態，但讀寫頭只能檢測出三種：1-1、1-0或0-1、0-0，從而通過兩層提供三級記錄。他們的進一步開發工作能夠增強讀寫磁頭技術來區分1-0和0-1，從而實現每個bit位域的四級記錄。正如作者所說，「與↑↓ 和 ↓↑對應的磁化強度為M ≠ 0，並且應該可以實現四級記錄，因為反平等狀態很容易區分。」
評論
上層和下層的有效bit位域相同，這意味著20 TB單層HAMR磁盤將可升級為40 TB雙層HAMR磁盤。通過三級記錄，20 TB HAMR磁盤實際上將成為60 TB驅動器；而通過四級記錄，則可成為80 TB驅動器。這將改變磁盤驅動器與閃存對口之間以美元/TB及TB/RU的計算關係。
寫入bit位域值對應兩項操作，首先寫入下層區與上層區，而後再單獨寫入上層區。因此，它比當前的單次寫入操作需要更長時間。而同樣的方式也適用於讀取bit位域，意味著磁盤的I/O速度將比當今單通道HAMR驅動器更慢。它的I/O密度（即存儲容量可以提供多少性能）將有所降低，這既是由於多級結構的影響，也是因為讀寫頭為單通道，因此高容量需要由犧牲性能換取。這可能需要雙執行器來克服這個問題。
考慮到在兩次操作期間磁盤在讀寫頭下方旋轉，第二次通過bit位域必然在一定程度上落後於第一次通過該bit位域。作者表示，他們在建模中使用了每秒4米（4 mps或4000 mmps）的記錄介質速度為前提。
據我們了解，3.5英寸磁盤的平均磁軌長度約為269.44毫米。雙層磁盤的旋轉速度可能需要調整，旨在減少由這種移動而導致的第一層與第二層bit位域間的偏移。
作者寫道，「由於每層的居里溫度不同，下層的寫入磁軌寬度約為60納米，上層的寫入磁軌寬度約為100納米。」
