Магнитооптические материалы Принцип записи информации в МО материалах

Магнитооптические материалы Принцип записи информации в МО материалах. Фотостимулированная запись информации в магнитных материалах. Термомагнитная запись. Термооптическое изменение намагниченности в точке компенсации

ПРИНЦИП ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ В МАГНИТООПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ Запись информации в магнитооптических материалах основывается на изменении магнитной структуры материала под действием света. Для этих целей используют ферромагнетики, антиферромагнетики и ферриты. Для записи информации в магнитных материалах, т. е. для изменения их магнитной структуры, используют два эффекта: 1) оптически стимулированный перенос электронов (фотоперенос), приводящий к изменению магнитного состояния атомов кристаллической решетки (оптическая запись); 2) локальный нагрев магнитного материала светом (во внешнем поле или без него), который, в свою очередь, вызывает фазовый переход (термомагнитооптическая запись).

Как первый, так и второй эффект приводят к изменению магнитной структуры, локализованной благодаря применению хорошо сфокусированных лазерных лучей на участке размером 1 — 10 мкм. Для считывания используют вращение плоскости поляризации проходящего света (эффект Фарадея, рис. 1) или отраженного света (эффект Керра). Стирание записанной информации обычно осуществляется путем нагрева материала, в результате чего восстанавливается начальная магнитная структура материала. Иногда для создания однородной магнитной структуры во время "или после стирания на пленку накладывается внешнее магнитное поле.

Рис. 1

Стирание записанной информации обычно осуществляется путем нагрева материала, в результате чего восстанавливается начальная магнитная структура материала. Иногда для создания однородной магнитной структуры во время "или после стирания на пленку накладывается внешнее магнитное поле. Обычно магнитооптические регистрирующие среды применяются в виде пленки и обеспечивают двумерную запись. Применение эффекта вращения плоскости поляризации для считывания информации требует обеспечения определенной оптимальной толщины регистрирующей среды. Необходимо, с одной стороны, обеспечить достаточную величину эффекта вращения плоскости поляризации и, с другой стороны, не слишком понижать интенсивность света из за поглощения в пленке.

В табл. 6. 1 дана характеристика основных способов магнито оптической записи информации.

Необходимо подчеркнуть, что объемную запись позволяет осуществить только оптически стимулированный перенос электрона в монокристаллах ферритов. Все способы термооптической записи информации связаны с нагревом материала и поэтому позволяют осуществить только плоскую (двумерную) запись информации.

ФОТОСТИМУЛИРОВАННАЯ ЗАПИСЬ ИНФОРМАЦИИ В МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ n Фотостимулированный способ записи информации основан на изменении электронного состояния атомов магнитных мате иалов в результате переноса электрона. Такой фотоперенос электрона в освещенных областях материала изменяет магнитную анизотропию и петлю гистерезиса, что можно определить по эффекту Фарадея в проходящем или отраженном свете. Впервые такая возможность записи была реализована Тилом и Темпле в иттриевых гранатах, легированных кремнием. В дальнейшем эти исследования были продолжены в работах Энца, Лемса и др.

n Тил и Темпле исследовали иттриевый гранат, легированный кремнием YIG. Было обнаружено, что фотоперенос электрона происходит от ионов двухвалентного железа к ионам трехвалентного железа , находящимся в различных подрешетках кристалла: . Присутствие в кристалле увеличивает концентрацию ионов , в результате чего возрастает эффективность реакции фотопереноса. Действие света в конечном итоге приводит к изменению петли гистерезиса (рис. 2). Недостатком этого способа записи информации является необходимость работать при температурах жидкого азота. Фотоперенос и изменение магнитной структуры наблюдались также в халькогенидах и др.

Рис. 2

n n n Ха лькогени ды (от греч. χαλκος — руда и греч. γενος — рождающий) — бинарные химические соединения элементов шестой группы периодической системы (халькогенов, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливермори й) с металлами. Халькогениды были названы так потому, что в природе чаще всего встречаются (кроме кислорода) в виде соединений меди (сульфидов, теллуридов). Большинство соединений с переходными металлами труднорастворимы (по принципу плотнейшей упаковки). Применения Широко используются в виде халькогенидных стекол, например, в производстве компакт и двд дисков (в частности, CD RW ). Используются как фоторезист в фотолитографии. Резистивные элементы в PCRAM (Память с изменением фазового состояния).

ТЕРМОМАГНИТООПТИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ n Методы термооптической записи основаны на явлении локального размагничивания или уменьшения магнитной анизотропии однородно намагниченной пленки в областях, нагреваемых сфокусированным световым лучом, до температуры Кюри, температуры Нееля или до точки компенсации магнитных моментов подрешеток. Таким образом, локальный нагрев под действием лазерного луча вызывает перестройку магнитной структуры, г. е. магнитный фазовый переход. Термооптический способ нагрева магнитных материалов позволяет осуществлять двумерную запись, а также стирании и» повторного применения материала.

Термооптическое изменение коэрцитивного поля Термооптическая запись, с изменением коэрцитивного поля осуществляется в тонких магнитных пленках металлов и сплавов переходных элементов. Рассмотрим этот способ записи более детально па примере сплава кобальт фосфор (рис. 3), который является одним из лучших материалов для магнитооптической записи. Пленка Со(Р) при комнатной температуре равномерно намагничивается. Этот СЛОЙ помещается во внешнее магнитное поле, направление которой) параллельно поверхности и противоположно по отношению к коэрцитивному полю. Величина внешнего поля подбирается так, чтобы оно было меньше коэрцитивного поля.

Рис. 3 Термооптическая запись информации в пленке Со(Р): а)зависимость коэрцитивного поля от темперауры; б)cхема записи

n С помощью сфокусированного лазерного луча осуществляется локальный нагрев пленки Со(Р). Причем необходимо обеспечить нагрев выше критической температуры (Т=360 К). Запись информации основана на том, что коэрцитивное поле уменьшается с повышением температуры и при Ткр по вели чине равно внешнему полю. Для пленки Со(Р) достаточен нагрев до 450° К, чтобы коэрцитивное поле было ниже внешнего магнитного поля. Поэтому в местах нагрева происходит изменение направления намагниченности.

Применяя лазер мощностью 150 м. Вт, удается осуществлять запись за 140 не (диаметр области нагрева 7 мкм). Плотность записи составляет . Считывание информации осуществляется по схеме, показанной на рис. 1, с применением эффектов Фарадея или Керра. Термооптический способ записи информации осуществлен и в окиси европия. Этот материал обладает большей чувствительностью, но его применение требует низких температур (это в значительной степени ограничивает его практическое применение).

n То чка Нее ля — антиферромагнитная точка Кюри, температура , выше которой антиферромагнетик теряет свои специфические магнитные свойства и превращается в парамагнетик (фазовый переход II рода). Вблизи достигают максимального значения аномалии немагнитных свойств антиферромагнетиков (теплоёмкости, коэффициент теплового расширения, температурного коэффициента электропроводности и т. д. ). Названа по имени Луи Нееля.

n Петля гистерезиса это кривая изменение магнитного момента образца под действием периодического изменения напряжённости поля. Слово гистерезис обозначает запаздывание или отставание. При воздействии магнитного поля на ферромагнетики их магнитный момент меняется не сразу, а с некоторой задержкой. Ферромагнетики изначально обладают самопроизвольной намагниченностью. Но поскольку материал состоит из отдельных фрагментов обладающих магнитным моментом. При этом эти моменты направлены в разные стороны. То суммарный магнитный момент вещества равен нулю. Вследствие того что они компенсируют друга. Но при воздействии на такое вещество, то есть ферромагнетик магнитным полем. Можно заставить все магнитные моменты отдельных фрагментов, называемых доменами, повернутся вдоль внешнего поля. Таким образом, весь материал получает некий суммарный момент, направленный в одном направлении.

n n Коэрцитивное поле сложным образом зависит от качества обработки кристалла, типа электродов и толщины переполяризуемого образца. Эта зависимость обусловлена наличием различного рода поверхностных слоев на кристалле, влияющих на зарождение и рост новых доменов. Коэрцитивное поле сегнетоэлектрика зависит от температуры. Общая особенность этой зависимости состоит в том, что при понижении температуры от точки Кюри коэрцитивное поле растет за счет уменьшения подвижности доменов. Поскольку коэрцитивное поле сегнетоэлектриков понижается с ростом температуры, домены в нагретом состоянии ориентируются и после охлаждения керамики образуют текстуру, сохраняющуюся в течение многих лет. Частичная компенсация коэрцитивного поля позволяет сделать практический вывод о возможности управления домено образованием с помощью малых внешних электрических полей в период существования сильного внутреннего поля.