Увеличение размеров домена происходит в основном за счет смещения его границ. Если поле  по величине близко к полю, в котором происходит интенсивное движение доменных границ, процесс перемагничивания пленки протекает в виде одного или нескольких скачкообразных смещений доменных границ в узком интервале магнитных полей. Намагниченность пленки резко уменьшается до нуля (рис. 2, е, точка 3 ). Это происходит в результате быстрого роста зародышей намагниченности, которые сливаются и прорастают в крупные домены. Когда объем доменов с намагниченностью, направленной вдоль отрицательного поля, становится равным объему антипараллельных доменов, магнитный момент пленки уменьшается до нуля (рис. 2, е, точка 3 ). Физическая величина, равная напряженности отрицательного поля, в котором пленки переходят в размагниченное состояние, называется коэрцитивной силой (Нс). Затем даже при небольшом увеличении отрицательного поля продолжается бурный рост выгодно ориентированных доменов за счет соседних (рис. 2, в, г) и вся пленка намагничивается в отрицательном направлении (рис. 2, е, точка 4 ). С уменьшением отрицательного поля до нуля (рис. 2, е, точка 5 ) намагниченность пленки становится равной остаточной намагниченности (- Мr), для устранения которой снова необходимо приложить магнитное поле, равное коэрцитивной силе, но только направленное вдоль положительного направления. Рост магнитного поля сначала приводит пленку в размагниченное состояние (рис. 2, е, точка 6 ), а затем намагничивает ее в прежнем положительном направлении. Пленка возвращается в исходное состояние. В итоге получается замкнутая кривая, которая называется петлей гистерезиса. Так как в рассматриваемом случае  , а процесс интенсивного перемагничивания протекает в узком интервале полей, петля гистерезиса имеет форму, близкую к прямоугольной (рис. 2, е). Из рис. 2, е следует, что намагничивание и размагничивание пленки происходят по разным кривым. Изменение намагниченности отстает от изменения напряженности внешнего магнитного поля. Это явление называется магнитным гистерезисом.
Как видно из рис. 2, е, с возрастанием Нс (петля становится шире) должно увеличиваться значение напряженности отрицательного магнитного поля, чтобы перевести образец в размагниченное состояние. То есть образец становится более устойчивым к действию внешних магнитных полей. Это учитывается в технике. Например, при изготовлении постоянных магнитов, применяемых в различных устройствах, используются материалы с большой величиной Нс.
Рассмотренный ход кривой М(Н) характерен для пленок толщиной менее 100 нм. В пленке большей толщины за счет достаточно сильных размагничивающих полей, существующих на краях, домены обратной намагниченности возникают еще в положительном поле в процессе его уменьшения. По мере уменьшения поля домены увеличиваются в размерах и намагниченность пленки заметно уменьшается. При Н = 0 остаточная намагниченность Мr < Мs. При изменении направления поля на отрицательное будут продолжаться рост доменов и плавное уменьшение намагниченности. Таким образом, в отличие от тонких пленок уменьшение намагниченности происходит в относительно широком интервале магнитных полей и за счет плавного смещения доменных границ. В отрицательном поле определенной величины смещение ДГ более интенсивное и пленка переходит в размагниченное состояние. С увеличением поля начинается процесс намагничивания пленки в отрицательном направлении. Как указывалось выше, на завершающей стадии намагничивания на краях пленки остаются невыгодно ориентированные домены клиновидной формы. Намагниченность в этих доменах направлена против результирующего магнитного момента намагниченной части пленки, то есть вдоль размагничивающего поля  (рис. 2, д ). Поэтому краевые домены оказываются более устойчивыми к действию внешнего поля  .
Переход пленки в насыщенное состояние происходит из-за постепенного исчезновения оставшихся доменов в нарастающем магнитном поле. Изложенные особенности перемагничивания пленок приводят к тому, что возрастает наклон боковых сторон петли гистерезиса и прямоугольность петли уменьшается. Петля гистерезиса приобретает форму, характерную для массивных (объемных) ферромагнетиков. Следует заметить, что перемагничивание пленок не всегда протекает по описанной схеме. Характер протекания процессов перемагничивания в большой степени зависит от свойств магнитного материала, из которого изготовлены тонкопленочные образцы.
Получив представление о процессах перемагничивания тонких пленок, можно перейти к рассмотрению механизмов записи и считывания информации на этих образцах.
Для осуществления записи информации применяются магнитные носители. Магнитный носитель состоит из основы, изготовленной из немагнитного материала, на которую наносится магнитный слой. Этот слой служит для накопления и сохранения информации и называется рабочим слоем. В качестве носителя магнитной записи используют магнитные ленты, жесткие и гибкие магнитные диски. Материал основы магнитных носителей должен обладать вполне определенными физико-механическими свойствами. Так, у магнитной ленты основа должна иметь высокую прочность на растяжение, хорошую износостойкость, гладкую поверхность, равномерную толщину, быть эластичной. Основным материалом для изготовления основы лент и гибких дисков является полиэтилентерефталат (лавсан) [Котов Е.П., Руденко М.И.,1990]. Материалом основы жестких дисков является алюминиевый сплав. Он должен быть пригоден для полировки, обладать высокой твердостью и износостойкостью, в нем не должны образовываться микротрещины в процессе его обработки [Котов Е.П., Руденко М.И.,1990]. В качестве запоминающей (регистрирующей) среды в магнитных носителях используются ферролаковые рабочие слои. Ферролаковый слой готовят путем введения в состав лака магнитного порошка, который представляет собой систему, состоящую из микрочастиц размером менее микрона. Частицы должны быть максимально однородными. Магнитные поля, в которых перемагничиваются частицы, должны иметь близкие значения. Поверхность частиц должна быть идеально гладкой. Наличие на поверхности частиц различных неровностей, дефектов приводит к снижению их магнитной однородности [Василевский Ю.А.,1989].
В магнитных носителях применяют магнитные порошки с частицами, которые представляют собой в основном однодоменные образования. Коэрцитивная сила порошка должна быть достаточно большой. Кроме того, магнитные порошки должны обладать высокими значениями намагниченности насыщения. Частицы порошка могут иметь разную форму: игольчатую, сферическую и пластинчатую. В настоящее время предпочтение отдают порошкам, имеющим частицы игольчатой формы [Василевский Ю.А.,1989].
В носителях магнитной записи применяют следующие основные разновидности магнитных порошков: порошки гамма-оксида железа  ; гамма-оксида железа, модифицированного кобальтом,  , диоксида хрома CrO2 и металлические магнитные порошки железа и его сплавов [Василевский Ю.А.,1989].
При изготовлении магнитной ленты на гибкую движущуюся основу наносится тонкий слой магнитного лака. После сушки широкая основа подвергается резке на ленты стандартной ширины.
Роль магнитной среды для записи информации могут также выполнять сплошные металлические слои - пленки, которые наносятся на немагнитную полимерную основу термическим испарением сплавов металла в вакууме. Порошковые рабочие слои имеют толщину от 1 до 10-20 мкм. Толщина металлических слоев порядка 0,1 мкм [Василевский Ю.А.,1989].
При изготовлении гибких дисков, как и в магнитных лентах, в качестве рабочего слоя используют магнитные порошки, введенные в немагнитное связывающее вещество, а также сплошные металлические слои. В порошковом слое активный материал - порошок занимает 35-40% объема рабочего слоя, остальное приходится на связывающую немагнитную среду. В сплошном металлическом слое эта немагнитная среда отсутствует. Поэтому намагниченность насыщения такого слоя существенно выше, чем у порошкового, и он может быть значительно тоньше, чем у лент с ферролаковым слоем при одинаковом значении сигнала воспроизведения. В итоге лента с металлическим слоем обладает большей информационной емкостью на единицу объема.
Система магнитной записи состоит из носителя записи и взаимодействующих с ним магнитных головок. На рис. 4 показаны носитель и головка записи кольцевого типа. Головка состоит из сердечника с обмоткой. В сердечнике имеется зазор шириной 0,1-10 мкм. При включении в обмотку тока записи (входной сигнал) в области зазора возникает магнитное поле рассеяния (поле записи), которое воздействует на прилегающую к головке область рабочего слоя движущегося магнитного носителя, например магнитной ленты [Василевский Ю.А.,1989].
 |
| Рис. 4. Процесс магнитной записи: 1 - носитель записи, 2 - головка записи. Внизу показана последовательность участков с противоположным направлением намагниченности |
В цифровой магнитной записи, используемой в компьютерной технике, в магнитную головку поступает ток, при котором поле записи через определенные промежутки времени изменяет свое направление на противоположное. В результате под действием поля рассеяния магнитной головки происходят намагничивание и перемагничивание отдельных участков движущегося магнитного носителя. При периодическом изменении направления поля записи в рабочем слое носителя возникает цепочка чередующихся участков с противоположным направлением намагниченности, которые соприкасаются друг с другом одноименными полюсами (рис. 4). В итоге сигнал, поступающий в головку записи, оставляет на движущемся носителе след, то есть магнитную запись. Рассмотренный вид записи, когда участки рабочего слоя носителя перемагничиваются вдоль его движения, называется продольной записью. Носители магнитной записи с продольным намагничиванием - магнитные ленты, жесткие и гибкие магнитные диски - составляют основную массу используемых в мире накопителей информации. Они играют важнейшую роль в современной науке, технике и промышленности, являясь одним из функциональных элементов вычислительной техники [Котов Е.П., Руденко М.И.,1990].
Чередующиеся участки, возникшие в металлизированном рабочем слое (пленке), являются доменами. Чем меньше размер домена, тем выше плотность записи информации. Однако с уменьшением размера доменов возрастает величина их размагничивающих полей, направленных в сторону, противоположную намагниченности в доменах. Эти поля способствуют их перемагничиванию. В результате смещение доменных границ одиночных доменов происходит в полях  , меньших по величине коэрцитивной силы Нс. С уменьшением длины домена разница между и Нс увеличивается. Понижается устойчивость домена к внешним полям. Из сказанного следует, что домен можно уменьшать до некоторого минимального размера. При меньших размерах доменов размагничивающие поля становятся настолько значительными, что домен перемагничивается и исчезает. Происходит стирание информации. Минимальные размеры домена, то есть размеры, при которых он еще устойчив при отсутствии внешнего магнитного поля, зависят от параметров пленки, в частности большую роль играет коэрцитивная сила пленки. Увеличение Нс снижает влияние эффекта саморазмагничивания и повышает устойчивость домена к действию внешних магнитных полей. Поэтому с возрастанием величины Нс минимальные размеры доменов становятся меньше.
Размер стабильного домена также зависит от толщины пленок d. С понижением d ослабляются размагничивающие поля доменов и происходит уменьшение их минимальных размеров при прежних значениях Нс. Поскольку в металлических пленках отсутствует немагнитная связывающая среда, то, как было отмечено выше, металлизированный рабочий слой носителя может иметь меньшую толщину, чем ферролаковый. Поэтому в пленках можно реализовать перемагниченные участки меньшего размера, а следовательно, обеспечить большую информационную плотность записи. Из сказанного следует, что магнитные пленки являются перспективным материалом и обладают достоинствами, ценными при их использовании в технике магнитной записи.
Как мы уже отметили, после записи информации на магнитном носителе остаются участки, обладающие разным магнитным состоянием. При двоичном кодировании принято обозначать одно состояние цифрой 0, а другое - цифрой 1. Цифры 0 и 1 и соответствующие им участки носителя называются битами. Определенная последовательность из фиксированного количества нулей и единиц соответствует тому или иному символу, например: букве алфавита, цифре, знаку препинания и т.д.
Таким образом, создавая в рабочем слое носителя нужную очередность намагниченных и перемагниченных участков, можно осуществить запись информации.
Написать комментарий
|
