CC BY
45
4 декабря 2011 r. 1:00
ТЕХНОЛОГИИ
Фазовые переходы в оптических и магнитооптических носителях информации
оптически*, магнитооптически*, иоситвгь информации, фаю, парамагнетик
КуэыииныхАС,
начальник сектора,
ФГУП "ЦНИРТИ им. академию АИ.Берга"
Митягин АЮ.,
яф-м-н.., профессор, главный научный сотру****,
Институт рцдютехники и электроники им.В АКотельникова РАН с^ехагк^-гт»1уадп<£ухк1ех-т
Хлопов БД
кхн., начальник отдела,
ФГУП "ЦНИРТИ им. академию АИ.Берга’
Al ihe heart of an opical recording he phenomena of phase tmslior a crystal-glass. Cieofon of revertive comers of an optical recording is based on convertfoJty of Iris transiSon — providing repeated rewriing
As here is another opikd recordng directions in which basis the phenomenon of phase transition a fenamogneic-parcmagnetic lies Al he temperatures dose to a point of Curie, magneizaf on of saturated of a ferromagnetic materid falls wih temperature grcwh, and he mognetic suscepfoilify increases This effect ts cdled as herTnomognetk.
В основе оптической записи лежат явления фазового перехода кристалл-стекло. На обратимости этого перехода основано создание реверсивных носителей оптической записи — обеспечивающих многократную перезапись.
Также существует другое направления оптической записи, в основе которой лежит явление фазового перехода ферромагнетик-парамагнетик. При температурах, близких к точке Кюри, намагниченность насыщения ферромагнитного материала падает с ростом температуры, а магнитная восприимчивость возрастает. Этот эффект называется термомагнитным
Фазовые переходы между различны** состояниями вещества оптических дисков
В основе оптической записи лежат явления фазового перехода кристалл-стекло [ 11- Нормальным состоянием твердых тел является кристаллическое. С этой точм зрения стекла это редкость, гак как стеклообразное состояние реализуется только при затвердевании переохлажденного роеллава. От жьк аморфных состояний стекла отличаются процессом перехода расплав-стекло и стеклорасгвтав обратимы. На обратимости этого перехода основано создсиие реверсивных носителей оптической записи — обеспечкваюших многократную перезапись
Осноетм условием образования стекловидных состояний является охлаждение, но-столыю быстрое, что ато#л>1 не успевают занять отведенные им места в кристаллических ячейках и "замцхэют" как попало, когда тепловая релаксация атомов сопоставима или становится меньше межатомных расстомий [2\- При толщине рабочего слоя оптического диска в 0,1 мкм пело создаются условия для сверхбыстрого охлаждения.
Полный цикл записи: многократное воспроизведение-стирание-новая запись — осуществляется путем подогрева узконаправленным лазерным лучом. Рабочя* слой оптического лиска, находящийся в кристаллическом состояла, переводится в расплав. За счет быстрой диффузии тепла в подложку расплав быстро охлаждается и переходит в фазу стекла. Кристаллическому и стеклообразному состоянием присуин разные диэлектрическая проницаемость, коэффициент отражения, а, следовательно, и интенсивность отраженного света, которая и несет информацию, записанную на д иска Счльеание производится при пониженной интенсивности излучения лазера, не влияющей на фазовые переходы- Для новой записи необходимо вернуть рабочий слой в исходное кристаллическое состояние. Для этого необходимо перегреть рабо^й слой так, чтобы достаточно "горячей" оказалось и основа. Перегрев
замедлит процесс диффузии тепла и создаст условия для возврата в кристаллическую фазу.
Дрсгагочю много кристалшчвских сред которые могут существовать в д вух и более кристаллических фазах. При низких температурах в таких средах реализуется рыхлая кристаллическая решетка с пониженной группой симметрии. Выше температуры (точ<и фазового перехода) энергети«ски более выгод ной становится упорядоченная кристаллическая решетка с высокой степенью симметрии Г^эи постепенном понижена температуры это кристсгоическое состояние остается устойчивым и сохраняется г^эи темперо-турах ниже точки фазового перехода. Физические характеристики рассмотренных двух кристаллических состояний различны, разными будут и коэффициенты отражения.
Фазовьй переход кристалл-кристалл используется в системах оптической записи Основной критерий при отборе материалов для реверсивной оптической записи — д остаточно низкая температура точки фазового перехода и относительно малая теплоемкость перехода. Данные параметры среды определяют требования к моиности лазера. Д ля сохранения записей температура перехода не должна быть ниже90...100°С.
На рис 1 представлен термический! гистерезис коэффициента отражения сред ы А1-У02. [3]
90 Г.* С
IVc 1. Термический гистерезис коэффициента отражения средь» Al-VOj на кремниевой монокристалли-ЧвСКОЙ подложке с тоаииной СЛОЯ VO2 равной 112 нм Длина волны 1,06 мкм
26
T-Comm #3-2010
ТЕХНОЛОГИИ
H.A/m
2010
АН
1 • III
50
100
FV«c 2. Темтературиав зависимость поля смещен** для слоя Ni-fe в двухслойных плеисах
В режиме считывания под локальным воздействием лазера температура рабочего слоя дасха может достигать 20.. 30°С, а при температурах воздуха выше 40°С — приближаться к температуре фазового перехода.
Многократная переэагись приводит к механической усталости рабочего слоя и, как следствие, к его разрушению.
Современные камгакт-доски с возможностью многократной перезаписи на основе рассмотренных фазовых переходов маркируют CD-RW, или CD-ReWriable (Reversible Writable — реверсивная, или обратимая, запись). Пвре-записываемые диски относят к системе WMRM (WHte Many, Read Many — многократная зо-пись, многократное чтение).
Фазовые переходы при реверсивной магнитооптической записи
В основе другого направления реверсивной оптической записи лежит явление фазового перехода ферромагнетик-парамагнетик. Ферромагнетизм физика определяет как мапнито-упорядоченное состояние вещества, при котором все носители магнетизма ориентированы преимущественно оденакоео (4). Такое состояние упорядоченности, возможно, только кмже некоторой температуры Тк — точки Кюри. Г^эи температуре Тк и выше феррамагнетж перехода в парамагнитную фазу. Этот фазовый переход обусловлен тем, что н*с*е точси Кюри ферромагнетики имеют некую спонтажую намагниченность и определенную магнитокристалличе^ скую структуру. Г^эи нсжреве тепловое движение атомов усиливается, расшатывая магнитную упорядоченность среде). В результате вточсе Кюри самопроизвольная магнитная упорядоченность, характерная для ферромагнетиков, исчезает. Утрачивается и магнитная память, те. способность замораж>вать и сохранять намагничивание, вызванное внеи*ним мстнип*#и полем после его исчезновения. При температурах, бгмз-ких к гочсе Кюри, но ниже ее намагниченность насьаде»*1Я ферромагнитного материала подает с ростом температуры, а магнитная восприимчивость юзрастоет до огромных значе»*й обратно пропорционально разности между температурой Кюри и действующей температурой (закон
T-Comm #3-2010
Т.°С
ДН
50 100 150 200 Т?С
FW. 3. Температурная зависимость коэрцитивной силы Н{ для слоя Ni-Fe в двухслойных пленках
Кюри-Вейса). В донной температурной зоне да же очень слабые магнитные поля способны но водеть остаточную намагниченность, которая быстро нарастет в процессе остьеания сред* Этот эффект называется термамап*пным С использованием этого эффекта были разработаны записывающие устройства, в которых вместо магнитной головки пр**ленили нечто подобное саленседу, формирующему достаточно протяженное магнилюе поле, а точечная запись обес-печвапась подогревом остро сфокусированным лучом лазера. Другое направление — термомагнитное коароеате и тиражирование магнитных лент. В этом случае орипмалом служит лента с рабочем слоем на основе гаммаок-сида железа (Тк этого вещества в несколько раз выие 121 °С а запись иоеэдеого сигнала — зеркальная). Находяшеся в контакте оригинал и будущая копия проходят зону подэгрева до температуры выие 121°С, а в процессе остывания в зоне точки Кюри мстгтные погм оритнала фиксируются в рабочем слое копира.
Лазер в магнитооптических видеодисках в режиме записи выполняет одеу функцию — локальный разогрев среды да температуры, немного превышающей точку Кюри. Информационное содержание записываемой сигнало-граммы определяет внеииее магнитное поле, достаточно слабое и протяженное, т.е не сфокусированное в точсе разогрева магнитооптического рабочего слоя. Силовые линии машт-ного поля ориентированы ортогонально поверхности диска Возможно, использовать и широтный эффект, когда магнитное поле ориентировано вдоль поверхности диска
Температура в точке, нагретой лазерным излучением, быстро снижается и опускается ниже точки Кюри, ферромагнитная фаза восстанавливается За счет гигоггской магнитной вос-приимчеости вблизи точки Кюри в магнитном рабочем слое слабое и достаточно протяженное внешнее поле наводет остаточную намаг-нггненность, ориентировочную вдоль его силовых линий. Она сохраняется гри дагьнейшем остывании да комнатной температуры. В тех случаях, когда внешнее попе находится в нулевой фазе, остаточная намагниченность ферромагнитной среды будет спонтсиной, т. е. хаоти-
ческой со средним нулевым значением На рис. 2,3 представлены зависимости коэрцитивной сипы Не и поля смещения ?Н для слоя Ni-Fe в двухслойных пленках (51
Возможен и режим записи на предварительно намагниченный деск В этом режиме магнит ное поле при записи отсутствует. Сигналограм ма записи формируется за счет модупщщ света по току питания лазерного деода. Лазерный нагрев переводит предварительно намагниченный рабочий слой в парамагнитную фазу. В процвссе остывания феррамаштная фаза восстанавливается, спонтанная намагниченность при этом сохраняется. На тех участках рабочего слоя, которые не подеергапись лазерному разогреву, предварительная намагниченность сохраняется. В прич*ше, в магтнитоотжеских устройствах можно использовать любой из названных режимов записи — с внеииим магжтным полем или предвс^зителыюго намагничвания.
Считывание сигналограмдш обеспечивается магнитооптическими эффектами Керра или/и Фарадея. Оба эффекта свод ятся к повороту вектора поляризац ии считывающего луча, прошедшего или отраженного от рабочего слоя. Рабочими материалами для магнитооптических дисков являются сложные по составу сплавы редкоземельных и переходных металлов. Основное требование — низкая температура Кюри, около 100°С
Литература
1 Боулюэ Г, Броат Дк, Хвйсвр А. и яр. Оптические дисковые системы. — М : Радио и связь. 1991.
-280 с
2 Шупц ММ, Мазурин О .В. Современное представлен*не о строении стёкол и их свойствах. — Л.: Наука, 1988.
3 Опейнис A.G Запись оптической и*нформа-1Ии в пленочных реверсивных средах на основе десж-сииавак«ия//ЖТФ-2002.—172, В.8 —С 84-88
4 Richad М Bazorti, Ferromagpefam, firs» published 1951, reprirted 1993 by IEEE fVess, New York as a "Classic Re«ssue."
5 Середой BA, Столяр СВ., Флсров Г.И,
Зкшчук BJO. Гермомагнитная запись и стиролие информации в пленочных структурах DyCo/NiFe (Tbfe/NiFe ) // Письма в ЖТФ - 2004 - Т.30, B.19. — С46-52.
27
