МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2011 года по МПК G11B5/708 G02F1/09 

Описание патента на изобретение RU2431205C2

Изобретение относится к области магнитной микроэлектроники, в частности к прикладной магнитооптике, и может быть использовано для записи термомагнитооптическим способом информации как в цифровом, так и в аналоговом режимах.

Материалы для термомагнитооптических запоминающих устройств должны обладать повышенной коэрцитивностью.

В настоящее время известен магнитооптический материал для термомагнитной записи информации, представляющий собою монокристаллические пластинки ортоферрита иттрия YFeO3. Высококоэрцитивное состояние в данном материале индуцируется путем механической обработки (шлифовкой и полировкой)(см.:

1). Балбашов A.M., Червоненкис А.Я. Магнитные материалы для микроэлектроники. - М.: Энергия, 1979, - 216 с.;

2). Рандошкин В.В., Червоненкис А.Я. Прикладная магнитооптика. - М.: Энергоатомиздат, 1990, - 320 с.).

Однако данный материал обладает рядом недостатков:

а) поскольку качественные кристаллы ортоферрита иттрия можно вырастить только методом безтигельной зонной плавки (а метод позволяет получать кристаллы данного состава небольших размеров), получаются пластинки малой площади, что ограничивает возможности записи информации;

б) разрешающая способность среды для магнитооптической записи определяется минимальным размером устойчивого момента (см. Балбашов A.M., Червоненкис А.Я. Магнитные материалы для микроэлектроники. - М.: Энергия, 1979, - с.36). Так как пластины YFeO3 из-за малого значения намагниченности насыщения 4πMs и большой толщины ( ~ 100 мкм) обладают крупной доменной структурой, это снижает их разрешающую способность;

в) плотность мощности, необходимая для термомагнитной записи информации, определяется выражением (см. Балбашов A.M., Червоненкис А.Я. Магнитные материалы для микроэлектроники. - М.: Энергия, 1979, - с.37):

I=4π2KtΔT/d2·[1-exp(-αt)],

где: К - коэффициент теплопроводности среды;

ΔT=ТНОН - температура нагрева материала, ТО - температура окружающей среды);

t - толщина материала (пластины, пленки) для записи информации;

α - коэффициент оптического поглощения материала для записи информации;

d - размер записываемого бита информации.

Таким образом, с точки зрения энергетики термомагнитной записи информации предпочтительно, чтобы материал - среда записи обладал низкой теплопроводностью К, высоким коэффициентом оптического поглощения α, малой толщиной t и для записи информации требовал малого значения ΔT. Лучше этим требованиям по сравнению с пластинками YFeO3 удовлетворяют магнитные диэлектрические пленки.

Еще одним термомагнитооптическим материалом служат высококоэрцитивные эпитаксиальные пленки Bi-содержащих гранатов, выращенные на подложках Gd3Ga5O12. (см.: 1). Балбашов A.M., Червоненкис А.Я. Магнитные материалы для микроэлектроники. - М.: Энергия, 1979. - 216 с.;

2) Рандошкин В.В., Червоненкис А.Я. Прикладная магнитооптика. - М.: Энергоатомиздат, 1990, - 320 с.).

Повышенная коэрцитивность в таких пленках создается сеткой дислокаций несовпадения, служащей потенциальным рельефом для движущейся доменной пленки (см. Индуцированная коэрцитивность в монокристаллах ортоферритов и эпитаксиальных пленках гранатов / A.M.Балбашов, А.Я.Червоненкис, М.Л.Шупегин, А.П.Черкасов // Микроэлектроника. 1982, т.11. Вып.2, с.126-133).

Недостатки данного материала:

а) так как пленки выращивают на подложках Gd3Ga5O12, концентрация в них ионов Bi3+ - небольшая, что не позволяет получить высокой магнитооптической добротности и существенно снижает возможности материала;

б) генерация дислокаций в данном материале производится за счет большой разницы в параметрах решетки пленки и ее подложки (Δа/а≥0,005), однако в этом случае пленки растут далеко не всегда, а если растут, то качество их - низкое.

Наиболее близким (прототипом) к предлагаемому материалу является магнитооптическая среда, представляющая собою эпитаксиальную монокристаллическую пленку феррита-граната (YBi)3(FeGa)5O12, нарощенную на подложке немагнитного граната с высоким значением параметра решетки, например (GdCa)3(GaMgZr)5O12, Са3(Nb,Li)23O12, Ca3(Nb,Mg)2Ga3 О12, Ca3(NbMg)2Ga3O12 или Ca3(Nb,Zr)5O12 (см. Рандошкин В.В., Червоненкис А.Я. Прикладная магнитооптика. - М.: Энергоатомиздат, 1990, - 320 с.). Недостаток данного материала - низкое значение коэрцитивной силы Нc, что делает его непригодным для термомагнитооптической записи.

Цель изобретения - создание эффективного термомагнитооптического материала с высоким значением Нc и повышение контраста записи.

Цель изобретения достигается тем, что в процессе выращивания в раствор-расплав добавляется определенное количество оксида кальция СаО марки ОСЧ. В результате получаются пленки, легированные ионами Са2+((YBi)3(FeGa)5O12:Са2+) и обладающие высоким значением Нc.

Сущность изобретения состоит в следующем. Известно, что ионы Са2+ в эпитаксиальных монокристаллических пленках ферритов-гранатов (ЭМПФГ), при отсутствии ионов валентности выше «3+», компенсируются преимущественно кислородными вакансиями (см.: Костишин В.Г. Модификация свойств эпитаксиальных монокристаллических пленок ферритов-гранатов (YSmLuCa)3(FeGe)5 O12 воздействием γ-квантов Со60. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. М.: МИСиС, 1995, - 196 с.)

Кислородные вакансии в оксидных кристаллах могут находиться в трех зарядовых состояниях: VO2-2+ VO2-+ (F+ - центр) и V°O2-(F-центр). Нейтральные кислородные вакансии (F-центры) объединяются в кластеры, «тормозящие» движение доменной стенки, что приводит к росту коэрцитивной силы

Нc (см.:

1) Костишин В.Г. Модификация свойств эпитаксиальных монокристаллических пленок ферритов-гранатов (YSmLuCa)3(FeGe)5O12 воздействием γ-квантов Со60. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. М.: МИСиС, 1995, - 196 с.;

2) Ткалич А.К. Влияние точечных дефектов и концентрационных неоднородностей на свойства монокристаллических пленок магнитных гранатов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. М.: МИСиС, 1992, - 153 с.).

При проведении процесса записи бита информации термомагнитооптическим способом локальный участок магнитной пленки нагревается лазерным или электронным лучом до температуры Кюри. Для записи обычно используют дополнительное магнитное поле смещения, ориентированное против направления намагниченности среды. Если результирующее магнитное поле (поле смещения плюс размагничивающее поле) меньше, чем коэрцитивная сила при комнатной температуре, но больше, чем коэрцитивная сила при температуре записи, то в результате локального нагрева участка пленки лазерным излучением намагниченность в этом месте переориентируется по направлению приложенного поля и останется в этом направлении после остывания среды. Направление намагниченности окружающих ненагретых областей не изменяется, так как для них результирующее поле меньше коэрцитивной силы. В результате в поляризованном свете мы сможем наблюдать светлый участок на темном фоне или наоборот. То есть получим бит информации.

Следует отметить, что под воздействием температуры F-центры в нагретом участке ионизируются и переходят в F+-центры, что существенно понизит оптическое поглощение термически обработанного участка и тем самым повысит контраст записанного изображения.

Таким образом, предлагаемый материал по сравнению с прототипом обладает следующим отличительным признаком:

1) Эпитаксиальная пленка содержит 0,1-0,4 формульных единиц ионов Са2+ Использование указанного отличительного признака для достижения поставленной цели авторам неизвестно.

Пределы содержания ионов Са2+ (0,1-0,4) форм. ед. выбраны из следующих соображений. При NCa2+<0,1 ф.е. пленки обладают недостаточной величиной Нc и не годятся для термомагнитной записи. При NCa2+>0,4 ф.е. начинает существенно ухудшаться качество пленок.

Параметр решетки подложки выбирается равным a=12,380Å-12,560Å. Указанный диапазон обусловлен возможными границами параметра решетки качественных кристаллов сложно-замещенных гранатов (обладающих повышенными значениями параметра решетки и прозрачных в видимом и ближнем ИК-диапазоне), применяющихся в качестве подложечного материала для наращивания эпитаксиальных Bi-содержащих пленок ферритов-гранатов.

Следует отметить еще одно важное преимущество предлагаемого материала. Поскольку в данном материале при нагреве кроме перемагничивания происходит также существенное уменьшение оптического поглощения, этот факт можно использовать для одновременной записи и оптической, и магнитооптической информации.

На Фиг.1 представлена зависимость коэрцитивной силы Нc ЭМПФГ (YBi)3(FeGa)5O12, выращенных на подложках (GdCa)3(GaMgZr)5O12 (параметр решетки a=12,490 Å) кристаллографической ориентации (111) от концентрации ионов Ca2+. С ростом концентрации кальция от 0,1 форм. ед. до 0,4 форм. ед. значение Нс пленок интенсивно растет и при максимальной концентрации ионов Ca2+ может равняться 15,0 Э и более.

На Фиг.2 представлены спектры пропускания феррит-гранатовой пленки (YBi)3(FeGa)5O12:Са2+ (NCa2+ = 0,25 форм. ед.), выращенной на подложке (GdCa)3(GaMgZr)5O12 с параметром решетки a=12,490 Å в исходном состоянии (1) и после нагрева до температуры Кюри-Нееля (2). Видно, что нагрев существенно увеличивает пропускание данной пленки, что приведет к ощутимому увеличению контраста записанного изображения (информации) при термомагнитной записи.

Пример 1. В качестве объекта использовалась ЭМПФГ Y0,7Bi2,0Pb0,05Pt0,02Ca0,2Fe3,6Ga1,3O12. Пленка была выращена методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе РbО-Вi2O32O3 на подложках (GdCa)3(GaMgZr)5O12 (параметр решетки a=12,490 Å) кристаллографической ориентации (111). Температура роста пленки составляла 750°С. Магнитные параметры пленки: поле эффективной магнитной кристаллографической анизотропии Hk=4500 Э, коэрцитивная сила Нc=5,6 Э, температура Кюри-Нееля TN=405 К.

Термомагнитная запись информации в пленке проводилась с помощью полупроводникового лазера, используемая мощность лазерного излучения составляла Р=10 МВт. Качество записанного изображения контролировалось в поляризационном микроскопе. Наблюдалось качественное (высококонтрастное, с ровными контурами) изображение в виде областей круглой формы диаметром 10 мкм. Наблюдения за полученным изображением в течение двух месяцев не обнаружили ухудшения его качества.

Пример 2. В качестве объекта использовалась ЭМПФГ Y0,92Bi1,75Pb0,04Pt0,02Ca0,25Fe3,7Ga1,2O12. Пленка была выращена методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе РbО-Bi2O3-B2O3 на подложке (GdCa)3(GaMgZr)5O12 (параметр решетки a=12,380 Å) кристаллографической ориентации (111). Температура роста пленки составляла 760°С. Магнитные параметры пленки: поле эффективной магнитной кристаллографической анизотропии Hk=4050 Э, коэрцитивная сила Нc=6,2 Э, температура Кюри-Нееля TN=405 К.

Термомагнитная запись информации в пленке проводилась с помощью полупроводникового лазера, используемая мощность лазерного излучения составляла Р=10 mВт. Качество записанного изображения контролировалось в поляризационном микроскопе. Наблюдалось качественное (высококонтрастное, с ровными контурами) изображение в виде областей круглой формы диаметром 8,7 мкм. Наблюдения за полученным изображением в течение двух месяцев не обнаружили ухудшения его качества.

Пример 3. В качестве объекта использовалась ЭМПФГ Y0,4Bi2,1Pb0,06Pt0,02Ca0,4Fe3,5Ga1,4O12. Пленка была выращена методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе РbО-Вi2О32О3 на подложках (GdCa)3(GaMgZr)5O12 (параметр решетки a=12,560 Å) кристаллографической ориентации (111). Температура роста пленки составляла 745°С. Магнитные параметры пленки: поле эффективной магнитной кристаллографической анизотропии Нk=4675 Э, коэрцитивная сила Нc=14,9 Э, температура Кюри-Нееля TN=402 К.

Термомагнитная запись информации в пленке проводилась с помощью полупроводникового лазера, используемая мощность лазерного излучения составляла Р=10 mВт. Качество записанного изображения контролировалось в поляризационном микроскопе. Наблюдалось качественное (высококонтрастное, с ровными контурами) изображение в виде областей круглой формы диаметром 7,75 мкм. Наблюдения за полученным изображением в течение двух месяцев не обнаружили ухудшения его качества.

Пример 4. В качестве объекта использовалась ЭМПФГ Y0,91Bi1,66Pb0,05Pt0,02Ca0,34Fe3,6Ga1,3O12. Пленка была выращена методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе РbО-Вi2O32O3 на подложках Ca3Ga3(NbZr)2O12 (параметр решетки a=12,450 Å) кристаллографической ориентации (111). Температура роста пленки составляла 750°С. Магнитные параметры пленки: поле эффективной магнитной кристаллографической анизотропии Hk=4400 Э, коэрцитивная сила Нc=11,1 Э, температура Кюри-Нееля TN=407 К.

Термомагнитная запись информации в пленке проводилась с помощью полупроводникового лазера, используемая мощность лазерного излучения составляла Р=10 mВт. Качество записанного изображения контролировалось в поляризационном микроскопе. Наблюдалось качественное (высококонтрастное, с ровными контурами) изображение в виде областей круглой формы диаметром 8,25 мкм. Наблюдения за полученным изображением в течение двух месяцев не обнаружили ухудшения его качества.

Пример 5. В качестве объекта использовалась ЭМПФГ Y0,88Bi1,92Pb0,06Pt0,02Ca0,1Fe3,6Ga1,3O12. Пленка была выращена методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе РbО-Вi2O32O3 на подложках Ca3Ga3(NbMg)2O12 (параметр решетки a=12,422 Å) кристаллографической ориентации (111). Температура роста пленки составляла 750°С. Магнитные параметры пленки: поле эффективной магнитной кристаллографической анизотропии Hk=4520 Э, коэрцитивная сила Нc=3,1 Э, температура Кюри-Нееля TN=408 К.

Термомагнитная запись информации в пленке проводилась с помощью полупроводникового лазера, используемая мощность лазерного излучения составляла Р=10 mВт. Качество записанного изображения контролировалось в поляризационном микроскопе. Наблюдалось качественное (высококонтрастное, с ровными контурами) изображение в виде областей круглой формы. Наблюдения за полученным изображением в течение двух месяцев не обнаружили ухудшения его качества.

Пример 6. В качестве объекта использовалась ЭМПФГ Y0,91Bi1,92Pt0,01Ca0,14Fe3,6Ga1,3O12. Пленка была выращена методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе СаСО3-Вi2O3-V2O5 на подложках Ca3Ga3(NbLi)2O12 (параметр решетки a=12,435 Å) кристаллографической ориентации (111). Температура роста пленки составляла 750°С. Магнитные параметры пленки: поле эффективной магнитной кристаллографической анизотропии Hk=4670 Э, коэрцитивная сила Нc=4,0 Э, температура Кюри-Нееля TN=400 К.

Термомагнитная запись информации в пленке проводилась с помощью полупроводникового лазера, используемая мощность лазерного излучения составляла Р=10 mВт. Качество записанного изображения контролировалось в поляризационном микроскопе. Наблюдалось качественное (высококонтрастное, с ровными контурами) изображение в виде областей круглой формы. Наблюдения за полученным изображением в течение двух месяцев не обнаружили ухудшения его качества.

Пример 7. В качестве объекта использовалась ЭМПФГ Y0,65Bi2,04Pt0,01Ca0,3Fe3,6Ga1,3O12. Пленка была выращена методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе CaCO3-Bi2O3-V2O5 на подложках (GdCa)3(GaMgZr)5O12 (параметр решетки а=12,550 Å) кристаллографической ориентации (111). Температура роста пленки составляла 750°С. Магнитные параметры пленки: поле эффективной магнитной кристаллографической анизотропии Hk=4700 Э, коэрцитивная сила Нc=10,0 Э, температура Кюри-Нееля TN=400 К.

Термомагнитная запись информации в пленке проводилась с помощью полупроводникового лазера, используемая мощность лазерного излучения составляла Р=10 mВт. Качество записанного изображения контролировалось в поляризационном микроскопе. Наблюдалось качественное (высококонтрастное, с ровными контурами) изображение в виде областей круглой формы. Наблюдения за полученным изображением в течение двух месяцев не обнаружили ухудшения его качества.

Похожие патенты RU2431205C2

название год авторы номер документа
МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ 2012
  • Костишин Владимир Григорьевич
  • Читанов Денис Николаевич
RU2522594C1
Способ управления магнитоупругой связью с помощью когерентного оптического лазерного излучения в эпитаксиальных плёнках феррит-граната 2021
  • Полулях Сергей Николаевич
  • Семук Евгений Юрьевич
  • Томилин Сергей Владимирович
RU2767375C1
Способ получения монокристаллических плёнок железо-иттриевого граната с нулевым рассогласованием параметров кристаллической решётки плёнки и подложки 2022
  • Шумилов Алексей Гениевич
  • Федоренко Андрей Александрович
  • Недвига Александр Степанович
  • Семук Евгений Юрьевич
  • Наухацкий Игорь Анатольевич
  • Бержанский Владимир Наумович
  • Шапошников Александр Николаевич
  • Томилин Сергей Владимирович
RU2791730C1
ТЕРМОМАГНИТООПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2009
  • Костишин Владимир Григорьевич
  • Кожитов Лев Васильевич
  • Кожитов Сергей Львович
  • Шипко Михаил Николаевич
RU2428751C2
МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ДИСК ДЛЯ ЗАПИСИ, ХРАНЕНИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2009
  • Костишин Владимир Григорьевич
  • Кожитов Лев Васильевич
  • Шипко Михаил Николаевич
  • Медведь Виктор Вячеславович
RU2430432C2
ОПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФЕРРИТОВ-ГРАНАТОВ 1999
  • Костишин В.Г.
  • Медведь В.В.
  • Летюк Л.М.
  • Шипко М.Н.
RU2157576C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ СВИНЦА В МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФЕРРИТАХ-ГРАНАТАХ 2001
  • Костишин В.Г.
  • Медведь В.В.
  • Летюк Л.М.
RU2206143C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛЕНОК Bi-СОДЕРЖАЩИХ ФЕРРИТОВ-ГРАНАТОВ 2013
  • Костишин Владимир Григорьевич
  • Читанов Денис Николаевич
  • Комлев Александр Сергеевич
  • Юданов Николай Анатольевич
  • Трухан Владимир Михайлович
  • Шелковая Татьяна Владимировна
RU2532185C1
Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах и их автоматической фиксации 2021
  • Луговской Назар Викторович
  • Бержанский Владимир Наумович
  • Лагунов Игорь Михайлович
RU2753839C1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ УПРАВЛЯЕМЫХ ТРАНСПАРАНТОВ НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК (BI, GA)-СОДЕРЖАЩИХ ФЕРРИТОВ-ГРАНАТОВ 1999
  • Костишин В.Г.
  • Летюк Л.М.
  • Ладыгин Е.А.
  • Зотова Е.А.
RU2150768C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 431 205 C2

Реферат патента 2011 года МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Предложен магнитооптический материал. Он представляет собой эпитаксиальную пленку (YBi)3(FeGa)5O12, выращенную на подложке немагнитного граната с высоким значением параметра решетки (например: (GdCa)3(GaMgZn)5O12, Са3(НbLi)Gа3O12, Ca3(NbMg)2Ga3O12, Ca3(NbGa)5O12). При этом эпитаксиальная пленка содержит 0,1-0,4 формульных единицы NCa2+. Техническим результатом является повышение контраста записи. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 431 205 C2

Магнитооптический материал, представляющий собою эпитаксиальную монокристаллическую пленку феррита-граната состава (YBi)3(FeGa)5O12, нарощенную на подложке немагнитного граната с высоким значением параметра решетки a=12,380Å-12,560Å (например, (GdCa)3(GaMgZr)5O12, Са3(Nb,Li)2Ga3O12, Ca3(Nb,Mg)2Ga3O12, Ca3(NbMg)2Ga3O12 или Ca3(Nb,Zr)5O12), отличающийся тем, что эпитаксиальная пленка содержит 0,1-0,4 формульных единиц ионов Са2+.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2431205C2

JP 5339099 А, 21.12.1993
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ СТРУКТУР 1992
  • Пронина Н.В.
  • Недвига А.С.
  • Каравайников А.В.
RU2038432C1
Топка с несколькими решетками для твердого топлива 1918
  • Арбатский И.В.
SU8A1
US 5112701 A, 12.05.1992.

RU 2 431 205 C2

Авторы

Костишин Владимир Григорьевич

Кожитов Лев Васильевич

Медведь Виктор Вячеславович

Морченко Александр Тимофеевич

Читанов Денис Николаевич

Даты

2011-10-10Публикация

2009-08-12Подача