Магнитная вязкость в тонких аморфных пленках редкоземельный металл - переходный металл Похил, Тарас Григорьевич

Введение к работе

Актуальность темы. Тонкие аморфные пленки состава редкоземельный металл - переходный металл (РЗМ-ПМ) являются в настоя- , ' щее время наиболее широко используемыми средами для реверсивной<~ записи информации в устройствах внешней памяти ЭВМ. Плотность записи на них достигает 10 бит/car, что примерно на порядок больше, чем в наиболее совершенных накопителях на магнитных дисках. Запись информации на носителях такого типа осуществляется термомагнитным способом, а воспроизведение основано на использовании магнитооптических эффектов Керра либо Фарадея. Возможность использования пленок РЗМ_Х-ІМ,__Х в качестве носителей информации обеспечивается совокупностью их свойств. В широком диапазоне составов ( У= 0,15 * 0,30) эти пленки обладают перпендикулярной магнитной анизотропией ( К^~Ю эрг/см³), что обеспечивает высокую плотность записи информации. То, что эти пленки обладают относительно невысокими температурами Кюри (370 -470 К), делает возможным проводить на них термомагнитную запись при помощи миниатюрных полупроводниковых лазеров. Пленки РЗМ-ПМ магнитооптически активны: угол вращения Керра составляет 0,2 -0,3 (при использовании интерференционных покрытий до I - 1,5). Таким образом, информацию можно воспроизводить бесконтактным магнитооптическим способом. Аморфность пленок (отсутствие кристаллической структуры) гарантирует отсутствие "шума зерен" при оптическом воспроизведении информации (отношение несущая/шум достигает 60 дБ). Пленки РЗМ-ПМ являются ферримагнетиками и характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы, что является необходимым условием сохраняемости информации. Изменяя состав пленок, можно в широких пределах варьировать их свойства и удовлетворять требованиям, предъявляемым к носителям в конкретных устройствах записи информации.

Практическое использование аморфных пленок РЗМ-ПМ стимулировало изучение их свойств. Экспериментально исследованы магнитные, магнитооптические и термомагнитные характеристики таких пленок. Выполнено много работ по исследованию процессов термомагнитной записи и стирания информации на носителях с рабочими слоями в виде пленок РЗМ-ПМ! Однако до настоящего времени нет

однозначных ответов на ряд практически важных вопросов. В частности, нет однозначного решения вопроса о причинах, обусловливающих образование при термомагнитной записи питов (доменов) нерегулярной формы. Также не исследованы причины, вызывающие искажения формы питов (деградация сигналов) при длительном хранении носителей либо после многократного воспроизведения информации. Эти явления могут приводить к значительному возрастанию шумов, флуктуации, выпадений сигнала и других помех при магнитооптическом воспроизведении. Поэтому представляет интерес исследование физических процессов, обусловливающих данные явления. Процесс формирования пита (домена) при термомагнитной записи и процесс искажения его формы при длительном воспроизведении связаны со смещением доменных стенок. Таким образом, для решения поставленных вопросов необходимо изучение процессов движения доменных стенок в аморфных пленках РЗМ-Ш и исследование природы коэрцитивной силы доменных стенок. Отметим, что исследование природы коэрцитивной силы пленок РЗМ-ПМ представляет и самостоятельный научный интерес.

Цель работы. Целью диссертационной работы явилось:

1. Экспериментальное исследование процессов перемагничива-ния тонких аморфных пленок TbFe в полях, близких либо меньших коэрцитивной силы. Изучение медленного движения доменных стенок (эффект магнитной вязкости) в пленках Tb_x Fe₄__x различных составов ( У= 0,15 + 0,30).

2. Экспериментальное исследование процессов термомагнитной записи и стирания методом дестабилизации доменов на пленках

ТЪуГе^и Tbj,(FePo)^_^ Исследование процессов искажения формы записанных термомагнитным способом питов (доменов) при повышенных температурах. Выяснение физических причин, обусловливающих эффект искажения формы питов при записи, стирании, после многократного воспроизведения информации и при длительном хранении носителя.

Научная новизна. В работе впервые методом магнитооптического наблюдения доменных структур с высоким пространственным разрешением исследовано медленное движение доменных стенок (эффект магнитной вязкости) в аморфных пленках Tb_xFe^._x толщиной 80 нм. Изучен и качественно объяснен эффект искажения формы питов на носителях с рабочими слоями из пленок РЗМ-ПМ. Для проведения ис-

следований была создана экспериментальная установка, позволяющая проводить термомагнитную запись и стирание, наблюдать доменную структуру в отраженном (эффект Керра) и проходящем свете (эффект Фарадея), а также измерять угол вращения Фарадея пленок на длине волны 633 нм.

В результате исследований было показано, что:

- тонкие аморфные пленки *J*b_xFe,,__x большинства составов

( У = 0,15 * 0,27) перемагничиваются путем образования относительно небольшого числа зародышей доменов обратной намагниченности (I - 10 зародышей на 10 мкм ) и последующего смещения доменных стенок;

смещение доменных стенок при перемагничивании аморфных пленок РЗМ-ПМ в полях, меньших коэрцитивной силы либо незначительно ее превышающих, является термоактивируемым процессом. Энергия активации этого процесса является функцией магнитных параметров пленок и, следовательно, зависит от температуры пленок;

скорость медленного движения доменных стенок экспоненциально зависит от величины внешнего магнитного поля Н (при Н , близком либо меньшем Н ^ );

при постоянной температуре пленки энергия активации процесса, медленного смещения доменных стенок линейно спадает с увеличением внешнего поля И ;

смещение доменных границ не является непрерывным процессом. При движении границы отдаленные ее участки длиной 0,3 -0,5 мкм скачкообразно перемещаются на расстояние 0,3 - 0,5 мкм;

построена физическая модель процесса медленного движения доменных стенок в тонких аморфных пленках РЗМ-ПМ. В модели предполагается, что торможение стенок и скачкообразный характер их перемещения обусловлены взаимодействием стенок с небольшими дефектами (либо локальными неоднородностятли пленок), расположенными на расстоянии ~0,2 - 0,3 мкм. Вблизи дефектов плотность энергии доменных стенок имеет пониженное значение. Отрыв участков доменной стенки от дефектов рассматривается как термоактивируемый процесс. Получено выражение для энергии активации этого процесса;

при лазерной термомагнитной записи и неполном стирании на пленках ТЬ_хУг_л._х , ТЬ_х(ГеСо)^._х возможно случайное отклонение формы питов от цилиндрической. Наиболее заметны искажения питов при записи на пленках с содержанием ТЬ У = 0,23 -г- 0,25. Этот

эффект обусловлен взаимодействием границы пита (домена) с дефектами ;

- при хранении магнитооптического носителя при повышенной
температуре, либо после многократного оптического воспроизведения
информации возможно искажение формы и изменение размеров питов,
сформированных в носителе при записи. Это. связано с термоактиви-
руемым скачкообразным смещением границ питов при разогреве носи
теля.

Практическая значимость. Результаты, полученные в работе, могут быть использованы:

при разработке технологии получения магнитооптических дисков на основе аморфных пленок РЗМ-ПМ;

для оптимизации устройств и режимов термомагнитной записи и магнитооптического воспроизведения информации на тонких аморфных пленках ТЬГе и TbFe-Co ;

для анализа причин возникновения шумов в сигнале магнитооптического воспроизведения при различных условиях термомагнитной записи и стирания;

при анализе искажения сигналограмм, возникающих после многократного магнитооптического^воспроизведения информации с носителей на основе пленок РЗМ-ПМ и при хранении носителей в условиях повышенных температур.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на 17 научно-технической конференции "Вакуумные покрытия 87" (Рига, 1987 г.), Всесоюзной школе-семинаре "Доменные и магнитооптические запоминащие устройства" (Кобулети, 1987 г.), Ш и ІУ Всесоюзных конференциях "Проблемы оптической памяти" (Ереван, 1987 г., Телави, 1990 г.), Ш Семинаре по функциональной магнитоэлек-тронике (Красноярск, 1988 г.), УЛ Международном семинаре по росту, структуре и электрически/магнитным свойствам тонких пленок (ГДР, Шварцбург, 1989 г.), Международном конгрессе по оптике и оптической технике (Нидерланды, Хагуэ, 1990 г.), Международном симпозиуме по материаловедению для высоких технологий (MASHTEC '90) (ГДР, Дрезден, 1990 г.), Международной конференции по магнетизму INTERMAG*90 (Великобритания, Брайтон, 1990 г.), Всесоюзной конференции "Современные проблемы физики и ее приложения" (Москва, 1990 г.), Международном симпозиуме по магнитооптической записи M0RIS'9I (Япония, Токио, 1991 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Общий объем - 125 страниц, в том числе 52 рисунка и I таблица. Список литературы содержит 162 наименования.