Способ термомагнитной записи на многослойную структуру

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1748203 ЛЗ 51) 5 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР 672 И ОПИ ВТ Р юл. Ф 26научно-производстве Славутич" и Киевский нститут им. 50-летия В ской социал истице о л л ой енко, М,В,ДВ,Михайленк(56). Патент Великобрита кл. Н 01 3 31/08, опублиНам Б,П. и др. Мног оптические пленки с о анизотропией, - Электро "Материалы", 1978, вып,нии К. 13, 1974.ослойные магнднонаправленнная техника, С10,с,З - 7,й устройстратурных Изобретение относится к оптической пространственно-временной обработке информации и системам записи и отображения информации и может быть использовано при конструировании электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) систем оптической обработки или отображения информации, а также в других устройствах, использующих пространственные модуляторы света (ПМС).Известен электрически управляемый ПМС "Титус", адресуемый электронным лучом и использующий модуляцию света элеитрооптическими средами, например кристаллами ДКДП, Устройство является достаточно эффективным для целей про, странственной модуляции света, Недостатком известного устройства является необходимость охлаждения электрооптической среды, что резко увеличивает как габаритные размеры, так и энергоупотребление ристалл(53) 621.385,832 НИЕ ИЗОБРЕ МУ . СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ТЕРМОМАГНИТНОЙ ЗАПИСИ НА МНОГОСЛОЙНУЮ СТРУКТУРУ (57) Использование: электронно-лучевые трубки систем оптической обработки или отображения информации, другие устройства, использующие пространственные модуляторы света. Сущность изобретения; многослойную структуру с основным слоем (ОС) из магнитооптического материала и дополнительного слоя (ДС) из ферромагнитного материала с коэрцитивной силой, большей, чем у основного слоя, нагревают, затем воздействуют стирающим магнитным полем в плоскости легкого намагничивания ДС, После чего ДС размагн ивают, воздей-. ствуя на него в той же плоскости магнитным полем определенной напряженности, и производят запись, 2 ил Кооме гого, вследствие темпе- неоднородностей, деформации и сложности обработки ДКДП, а также наличия обратного пьезоэлектри,еского зффекта и существенной деградации мишени в процессе работы сложно обеспе. ,ить высокие разрешающие способности и оптическое качество (например, отсутствие пятнистости, интерференционных полос), преобразованных "Титусом" записываемых сигналов и достаточное число градаций яркости, что в конечном батоге ограничивает динамический диапазон устройства,Укаэанные недостатки "Титуса" час ично устранены в ПМС, использующие в качестве экрана ЭЛТ электрооптическую кдрамикуНедостатками известного устройства являются наличие фазовых искажений в формируемых массивах данных, появление в некоторых случаях резонансного "звена"на высоких частотах переключения элемента, а также деградзции свойств электрооптической керамики с ростом количествациклов электрооптического переключзния,что в конечном итоге приводит к огрэничению динамического диапазона записи,Применение в качестве ПМС магнитооптических сред позволяет избавиться отперечисленных выше недостатков,Наиболее близким к предлагаемому является способ термомагнитной записи с последующим считыванием световым лучом,основанный нэ воздействии на магнитооп тическую среду стирающего магнитного поля с последующим воздействием на нееэлектронного луча л ззписывэющего маг нитного поля в нзпоэвлении, встречном направлению стирающего поля по нормали кповерхности магнитооптической среды,ЭЛТ. предназначена для использованияв запоминающем устройстве, обращение ккоторому осуществляют периодически,Короткий импульс тока в нзмагничивэющей катушке, расположенной коаксиально экрану ЭЛТ, которым являетсярасположенная на оптически прозрачнойподложке магнитооптическая среда, создает магнитное поле, которое переводит мзгнитооптическую среду в монодоменноесостояние. Затем сформированный электронно-оптической системой электронныйлуч адресуется в определенную точку нэ экране ЭЛТ с целью увеличения температурыв этом месте поверхности до значения вышетемпературы точки Кюри и перевода нэгревземого участка зкрзнз в пзрамэгнитное состояние, После окончания воздействиэлектронного луча происходит остываниезаписываемого участка с постепенным переводом его в Ферромагнитное состояние,причем под влиянием внешнего магнитногополя катушки, направление и величина токав которой соответствует записьвземой информации и синхронизируется с током возбуждения электронной пушки, взапись,вземой точке создэется нэмэгниченность, направление которой определяетсявеличиной и нэправлением внешнего магнитного йоля, создэваемого током в нзмагничивэ ющей катушке.Считывание записанной информэцлиосуществляют путем вращения плоскостиполяризэции направленноо на экран ЭЛТсветового луча.Недостатком известного устройства являются малая величина угла вращения плоскости поляризации считывающего луча инизкий динамический диапззон записи, Некоторое увеличение динамического диапззона записи может быть достигнуто уменьшением минимальной площади элемента записи, что достигается обычноуменьшением толщины магнитооптическойсредь 1, Уменьшение толщины мэгнитоопти 5 ческой среды, в свою очередь, приводит куменьшению угла вращения плоскости поляризации считывающего светового потокэ,что в конечном итоге влечет за собой ограничение динамического дизпззонз, Таким10 образом, динамический диапазон известного устройства ограничен противоречивымитребованиями; необходимостью обеспечения возможности записи элемента минимальных линейных размеров и15 необходимостью повышения угла вращенияплоскости поляризации считывающего светового потока. Кроме того, управление направлением вектора намагниченностизаписываемого участка направлением тока20 в намагничивэющей катушке резко ограничивает скорость ззписи информации.индуктивностью нзмагничивающей катушки,Цель изобретения - повышение динамического диапазона записи,25, Поставленная цель достигается тем, чтов способе термомагнитной записи, основанном нэ воздействии нэ мэгнитооптическуюсреду электронным лучом, предварительнонз магнитооптическую среду наносят до":0 полнительный слой фероомэгнитного материала, коэрцитивная сила которогопревышает коэрцитивную силу магнитооптической среды, после чего намагничиваютдополнительный козрцитивный слой в пло 35 скости легкого намагничивания полем напряженностью Н, гдеНсННс+ 2 Жн НФ1где Н, - коэрцитивнэя сила коэрцитивного40 слоя;Н - напряженность поля насыщениякоэрцитивного слоя,Поставленная цель достигается такжетем, что между магнитооптической средой и45 коэрцитивным слоем помещают отрэжэющий считывэю.ций световой луч слой,Известны многослойные структуры, вкоторых применяется дополнительный слойФерромагнитного материала, козрцитивнэя50 сила которого превышает коэрцитивную силу магнитооптической среды. Но перед осуществлением термомэгнитной записикоэрцитивной слой намагничивают вдольоси трудного намагничивания до нэсыще 55 ния,8 известном решении конфигурация доменной структуры магнитооптической среды определяется полями рзссвлвэнияэлементов записи высокозрцитивногб слоя,что позволяет увеличить угол врэ:.цения пло10 20 25 30 40 50 скости поляризации, считывающего светового потока, Однако эта не приводит к суще. ственному увеличению динамическогодиапазона термомагнитной.записи, так какнамагниченность всех элементов записи коэрцитивного слоя после окончания воздействия электронным лучом и их остываниябудет одинакова, а направление вектора намагниченности элементов записи будетпротивоположно направлению вектора намагниченности коэрцитивного слоя, что будет соответствовать минимумупотенциальной энергии магнитной системы,Таким образом в известном решениитоку электронного луча, нагревающега коэрцитивный слой в области элемента записи выше температуры точки Кюри, будутпропорциональны только линейные размеры элементов термомагнитной записи,В предлагаемом способе благодаря намагничиванию дополнительного коэрцитив.ного слоя вдоль осилегкогонамагничивания полем, определенной выше напряженностью Н, проявляется новоетехнологическое свойство - использованиетемпературной зависимости намагниченности коэрцитивного слоя ат напряженностикоэрцитивного поля,Предлагаемые условия воздействия накаэрцитивный слой позволяют существенноповысить динамический диапазон термомагнитной записи засчет управления токомэлектронного луча не только линейнымиразмерами элементов записи, а и величиной намагниченности коэрцитивного слоя вобласти элементов записи.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для осуществленияспособа термомагнитной записи с последующим считыванием световым лучом; на фиг,2 - зависимость намагниченности коэрцитивного слоя от напряженности магнитногополя, направление которого совпадает сосью легкого намагничивания, для различных значений температуры.Устройство содержит отпаянную ЭЛТ 1,экраном которой является магнитооптическая пленка 2, выращенная на подложке 3.На магнитооптическую пленку может бытьнанесен отражающий считывающий опти ческий луч слой 4. на который нанесен слойкоэрцитивного ферромагнитного материала Ь, содержащий контактные площадки 6,катушку 7 стирания и намагничивания, создающую напряженность магнитного поляпо направлению Н, катушки кадровой 8 истрочной 9 отклоняющих систем, фокусирующую катушку 10, электранно-оптическуюсистему, состоящую из анода 11 и ди="фрагмы 12, катадна-модулирующую систему, состоящую из модулятора 13, электрод кото. рого является входом устройства, катода 14 и канала 15.В качестве магнитооптической среды 2 может быть использована магнитооптическая пленка висмутсодержащего ферритаграната толщиной примерно 6-8 мкм, обладающая большим Фарадеевским вращением, выращенная на подложке 3 галийгадалиниевого граната,В качестве отражающего слоя может быть использована серебряная пленка толщиной примерно 300 А, или пленка из любого другого материала, имеющая хорошие отражающие свойства и не искажающая и не ослабляющая магнитные поля, Коэрцитивный слой 5 может быть, например, из двуокиси хрома толщиной 2 - 5 мкм, являющийся ферромагнитным материалом, обладающим сравнительно . низкой температурой точки Кюри (130 С), высокой величиной намагниченности насыщения и относительно низким коэффициентом теплоп ро водности.В качестве электронно-оптической и катодно-модулирующей системы 11/15 могут быть использованы системы, применяемыев ЭЛТ 13 ЛК 16 Л,Способ осуществляют следующим образам,На магнитную среду наносят последовательно отражающий считывающий световой луч слой и коэоцитивный слой Применение отражающего слоя дает возможность увеличить отражающую ПМС оптическую мощность считывающего светового луча, Применение каэрцитивного слоя дает возможность увеличить угол вращения плоскости поляризации считывающего луча увеличением толщины магнитооптической среды, не ограничивая при этом динамический диапазон минимальной создаваемой площадью элемента термомагнитной записи, как это было в случае воздействия электронным лучом непосредственно на магнитооптическую среду в известном способе,Затем коэрцитивный слой размагничивают, воздействуя на него переменным магнитным полем, величину и направление вектора напряженности которого в процессе воздействия изменяют по направлению в плоскости легкого намагничивания коэрцитивнога слоя, и в течение не менее четырех периодов изменения направления по амплитуде от 0,9 Нн да нуля, где Нн - напряженность поля насыщения коэрцитивного слоя.Размагничивание коэрцитивного слоя позволяет провести намагничивание еговдоль оси легкого намагничивания полемнапряженностью Н, гдеНсННс+ 1/2 (НнНс),где Нс - коэрцитивная сила коэрцитивногослоя. 5Предварительное намагничивание коэрцитивного слоя вдоль оси легкого намагничивания позволяет использоватьразличие зависимости намагниченности коэрцитивного слоя от напряженности магнитного поля, направление которогосовпадает с осью легкого намагничиваниядля различных значений температуры нагрева коэрцитивного слоя.Затем на намагниченный коэрцитивный 15слой воздействуют электронным лучом, который нагревает н".который обьем коэрцитивного слоя - элемент записи. Линейныеразмеры и температура нагрева элементазаписи будут пропорциональны как мощности, а следовательно и току электронноголуча, так и времени воздействия электронным лучом на нагреваемую область. Такимобразом, после остывания коэрцитивногослоя в области элемента записи току воздействовавшего электронного луча будутпропорциональны не только линейные размеры, а и намагниченность коэрцитивногослоя созданного элемента записи, При этомполя рассеивания созданного элемента записи будут определять конфигурацию доменной структуры магнитооптическойсреды. Записанную электронным лучом информацию считывают путем поворота плоскости поляризации светового луча, 35проходящего через магнитооптическую среду и отраженного коэрцитивным слоем в(Нн - Нс) ведет к неработоспособности способа вследствие невозможности ориентации в плоскости легкого намагничиваниямагнитных моментов доменов в остывающем элементе записи в случае ННс иуменьшению диапазона изменения температурной зависимости величины намагни,ченности в остывающих элементах записи,а следовательно, и уменьшению динамического диапазона записи в случае ННс ++1/2 (Нн - Нс)Таким образом, управление как линейными размерами, так и намагниченностьюкоэрцитивного слоя в области элемента записи за счет предлагаемых условий предварительного воздействия на коэрцитивныйслой магнитным полем, а также предлагаемой ориентацией вектора напряженностикоэрцитивного поля коэрцитивного слоя дает возможность увеличения диапазона управления пространственным периодом доменной структуры магнитооптического слоя, Кроме того, поскольку динамический диапазон пропорционален отношению максимального размера элемента записи к минимальному, то в предлагаемом способе по сравнению с известным вследствие того, что нагреву подвергается не магнитооптиче ский, а коэрцитивный слой, появляется возможность дополнительного .увеличения динамического диапазона за счет увеличения угла поворота плоскости поляризации считывающего светового луча путем увеличения минимального размера элемента записи, так как в предлагаемом способе минимальный размер элемента записи определяется не толщиной магнитооптического слоя, а толщиной и намагниченностью коэрцитивного слоя,Рассмотрим пример осуществления способа устройством, приведенным на фиг, 1,Перед началом проведения термомагнитной записи на контактные площадки б (фиг. 1) подают импульсный ток, который, проходя по коэрцитивному слою 5, разогревает его до температуры ниже температуры его точки Кюри на 5 - 10 С, это обеспечивает необходимые температурные условия проведения термомагнитной зайиси, Током катушки 7 создают знакопеременное, затухающее по времени до постоянной напряженности Н магнитное поле, вектор напряженности которого параллелен оси легкого намагничивания коэрцитивнаго слоя, Затухающее знакопеременное магнитное поле стирает записанную ранее информацию с экрана ЭЛТ, а его постоянная составляющая Н намагничивает коэрцитивный слой, ориентируя в направлении легкого намагничивания магнитные моменты относительно небольшой части доменов коэрцитивного слоя,Далее производят термомагнитную запись. На модулятоо 13 катодно-модуляторной системы, который является информационным входом устройства, подают напряжение, соответствующее записываемой информации, которое изменяет мощность записывающего электронного луча. Электронный луч, сформированный электронно-оптической системой 11-12 и сфокусированный магнитным полем фокусирующей системы 10, адресуется отклоняющей системой 8 и 9 в определенную точку коэрцитивного слоя 5, в которой будет произведена запись. В данной точке электронный луч нагревает некоторый обьем слоя 5 до определенной температуоы, близкой к10 1748203 51015 25 30 35 50 точке Кюри, значение которой определяется мощностью и временем воздействия электронного луча. После окончания воздействия ,электронного луча нагретый участок коэрцитивного слоя - элемент записи - остывает,Так как ча магнитные домены в остывающем элементе записи воздействует магнитное поле намагниченного коэрцитивного слоя, то домены элемента записи, стремясь занять энергетически выгодное положение минимума потенциальной энергии всей магнитной системы, будут ориентированы так, чтобы вектор намагниченности элемента записи был сонаправлек вектору намагниченности коэрцитивного слоя,Вследствие значительной температурной зависимости намагниченности коэрцитивного слоя (фиг. 2) величина результирующего поля рассеяния, создаваемая образованным элементом записи, будет определяться как напряженностью намагкичивающего поля коэрцитивного слоя, так и максимальной температурой в области элемента записи в момент проведения термомагнитной записи, Кроме того, мощности ивремени воздействия электронным лучом пропорциональны также и линейные размеры элемента записи.: Таким образом; за сче- предваоительного намагничивания козрцитивного слоя вдоль оси легкого намагничивания появляется возможность управления как намагниченностью, так и линейными размерами элемента записи,Так как ксэрцитивный слой 5 (фиг, 1) наложен ка магнитооптическую среду 2 (в случае отсутствия тонкого отражающего слоя 4), то конфигурация доменной структуры магнитооптической среды определяется магнитными полями рассеяния элементов записи на коэрцитивном слое, Следовательно, геометрические размеры и местоположейие элементов термсмагнитной записи на коэрцитивном слое будут определять геометрические размеры,и местоположение доменов магнитооптической среды, ориентированных магнитными полями рассеяния соответствующих элементов записи. Оптический считывающий луч, проходя через магнитооптическую среду 2 со стороны подложки 3 и отражающийся ст коэрцитивкого слоя 5, изменяет плоскость поляризации в соответствии с пространственной конфигурацией доменной структуры магнитооптической среды 4, Таким образом, происходит пространственная модуляция плоскости поляризации считывающего оптического луча элементами термсмагнитной электронно-лучевой записи,Предлагаемое рещение позволяег увеличить диапазон термомагнитной записи как вследствие управления намагниченностью в элементе записи, так и линейными размерами элемента записи максимальной температурой нагрева, определяемой мощностью и временем воздействия электронного луча, и за счет возможности увеличения поворота плоскости поляризации считывающего луча путем увеличения толщины магнитооптической среды, а также за счет возможности получения высокой намагниченности в элементе записи и возможности уменьшения минимальных размеров элемента записи уменьшением коэффициента теплопроводкости коэрцитивного слоя при условии сохранения относительно низкой температуры точки Кюри коэрцитивного слоя,20 Применение отражающего считывающий световой луч слоя приводит к дополнительному увеличению динамического диапазона, так как в этом случае увеличивается отражаемая ПМС мощность, что, в свою очередь, позволяет уменьшить влияние поглощения оптической мощности магнитооптической средой и дает возможность дополнительно увеличить угол поворота плоскости полярлзации считывасщегс светового луча путем увеличения толщины магнитооптического слоя.Предлагаемый способ термсмагнитнсй записл обеспечивает пс сравнению с известным существенное увеличение динамического диапазона записи за счет нанесения на магнлтсоптическую среду дэполнитель кого слоя ферромагнитного материала и Намаг 6 ичивания коэрцитивнсгО слоя при предлагаемых условиях предварительного воздействия на ксэрцитивный слой магнитным полем, а также предлагаемой ориентации вектора напряженности ксэрцитивксго слоя вдоль оси легксгс намагничивания ксэрцитивкогс слоя, Это позволяет управлять как линейными размерами, так и нам."г 6466 ченксстьа коэрцитивногс слоя в области элемента записи, г следовательно и увеличить диапазон управления прсстранст :,нкым периодом доменной стр;ктуры магнитооптического слоя. Кроме того,вследствие того, что нагреву подвергается не магнитооптический, а ксэрцитивный слой, появляется возможность дополнительного увеличения динамического диапазона за счет увеличения угла поворота плоскости поляризации считывающего светового луча путем увеличения толщины магнитооптического слоя, не ограничивая при этом динамический диапазон минимальным линейным размером элемента записи, При174 Я 203 12 Фиг. 8 Составитель Г, УткинЭ, Слиган Техред М,Моргентал Корректор О. К едакто каз 2508 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарин менение отражающего считывающий световой луч слоя приводит к дополнительномуувеличению динамического диапазона,Формула изобретения 5 Способ термомагнитной записи на многослойную структуру, содержащую основной слой из магнитооптического материала и дополнительный слой из ферромагнитно/ го материала с коэрцитивной силой большей; чем у основного слоя, включающий нагрев многослойной структуры, воздействие стирающим магнитным полем и записывающим лучом, о т л и ч э ю щ и й с я тем, 15 что, с целью повышениядинамического диапазона, воздействие стирающим магнитным полем осуществляют в плоскости легкого намагничивания дополнительного слоя, затем до начала воздействия записывающим лучом дополнительный слой размагничивают, воздействуя на него в плоскости легкого намагничивания магнитным полем с напряженностью Н, выбранной из выраженияНс 5 Н 5 Нс+ 1/2 (Нн Нс),где Н и Н - коэрцитивная сила и напря- женность поля насыщения дополнительного слоя соответственно, А/м,