Содержание к диссертации
Введение
1. Построение гологршческих схем ншвдения и контроля доменной структуры 12
1.1. Магнитооптические методы контроля доменной структуры 13
1.2. Математическая модель голограмм поляризационного состояния объектов 17
1.3. Голографические схемы наблюдения и контроля 22
1.4. Повышение чувствительности голографического метода наблюдения с использованием когерентного оптического вычитания 28
2. Голографическщ методы для выявления джктов магнитных материалов 40
2.1. Методика контроля качества магнитных элементов и материалов 42
2.2. Интегральный контроль неоднородности магнитных свойств материалов корреляционными методами 43
2.3. Эффективность подавления щтических шумов методом голографического вычитания 49
3. Магнитные и магжооптические характеристики регистрирущих сред на основе аморфных магнетиков 55
3.1, Природа перпендикулярной анизотропии в тонких магнитных пленках состава редкоземельный металл - переходной металл
3.2. Температурный гистерезис в тонких аморфных пленках .71
3.2.1. Зависимость угла фарадеевского вращения от поля вблизи температуры магнитной компенсации 78
3.2.2. Температурный магнитный гистерезис угла фарадеевского вращения 82
3.2.3. Модель перешгничивания пленок при переходе через температуру магнитной компенсации 90
3.3. Инверсные петли гистерезиса и релаксационные процессы при тепловом перемагничивании аморфных -пленок .101
3.4. Механизмы записи оптической информации на тонкие аморфные пленки 115
4. Регистрация голошшеской ишоршцщ на амор магштшх пленках 127
4.1. Характеристики регистрирующего слоя на основе редкоземельный металл - переходной металл при записи голограмм 128
4.2. Перемагничивание двухслойных пленок "аморфный магнетик -Ы - содержащий гранат" при тепловом воздействии 138
4.2.1. Механизмы теплового перемагничивания двухслойных пленок 138
4.2.2. Формирование полосовой доменной структуры в двухслойных пленках .140
4.2.3. Приближенный аналитический расчет полосовой структуры 149
4.3. Запись голограмм на двухслойные магнитные пленки 155
4.4. Восстановление голографической информации, записанной на двухслойных магнитных пленках .157
4.4.1. Передаточная функция регистрирующего слоя. 169
4.4.2. Передаточная функция визуализирующего слоя 171
4.4.3. Влияние режимов и голографических схем записи на передаточную функцию двухслойной магнитной пленки 174
5. Использование магнитооптических срещ в голограшческих системах корреляционного анализа 181
5.1. Электроуправляемые транспаранты на основе магнитооптических материалов 184
5.2. Дредставление входной информации в магнитооптических корреляторах с использованием электроуправляемых транспарантов 192
5.3. Результаты экспериментального исследования эффективности оптимальных методов представления входной информации 202
5.4. Дискриминационно-обнаружительная способность коррелятора с голографическим фильтром на двухслойных магнитооптических средах .217
Заключение 224
Список использованных источников 233
- Голографические схемы наблюдения и контроля
- Интегральный контроль неоднородности магнитных свойств материалов корреляционными методами
- Температурный гистерезис в тонких аморфных пленках
- Перемагничивание двухслойных пленок "аморфный магнетик -Ы - содержащий гранат" при тепловом воздействии
Введение к работе
Развитие методов оптической голографии и когерентной оптики для решения технических задач, связанных с разработкой быстр оде ист вущих систем корреляционного анализа и голографичес-кой интерферометрии, а также экспрессных методов контроля качества магнитных материалов, является в настоящее время одним из важных направлений в оптике. Данные задачи не могут быть решены на базе известных методов оптической голографии, основанных на использовании фотоэмульсионных сред. Особый интерес представляет также использование магнитооптических методов Б голографии, позволяющих осуществить магнитооптическую визуализацию доменной структуры магнитных материалов с малой величиной магнитооптического эффекта, с целью исследования процессов перемаг-ничивания и контроля качества магнитных материалов, применяемых в промышленности.
Реализация быстродействующих голографических систем связана не только с разработкой новой элементной базы, но и с разработкой новых методов голографической записи информации В ряде работ советских и зарубежных авторов успешно развивались методы термоыагнитной регистрации голо графической информации. Анализ показывает, что по сравнению с фототермошастичеекпмуі, фотохромними и жидкокристаллическими регистраторами реверсивные термомагнитные регистраторы с магнитооптическим съемом информации являются наиболее перспективным материалом. Они должны удовлетворять комплексу требований, предъявляемых к реверсивной среде для элементов голографической памяти. Этим требованиям не удовлетворяют известные МпЙи пленки, что заставило обратить внимание на другие магнитные материалы, в частности, аморфные пленки состава редкоземельный металл - переходной металл (РЗМ-Ш). Применение предложенного А,М.Балбашовым и А.Я.Черво-ненкисом метода повышения дифракционной эффективности регистраторов с использованием "проявляющего" магаитомягкого слоя с высокой магнитооптической добротностью позволило преодолеть основной недостаток термомагнитных регистраторов, их сравнительно невысокую магнитооптическую эффективность и создало предпосылки для разработки новой элементной базы быстродействующих голографических систем для использования магнитооптических методов в голографии. Однако вопрос оптимизации характеристик двух-елоиных регистраторов голографической информации ке был детально исследован. Использование в качестве регистрирующего слоя перспективных материалов типа аморфных пленок РЗМ-переходной металл, обладающих высокой энергетической чувствительностью до 1(Г3 Дд/см И динамическим диапазоном свыше Ї0, требует исследования физического механизма термомагнитной записи голографической информации на двухподрешеточные ферримагнитные слои и исследования магнитной анизотропии в данных слоях, определяющих их предельные характеристики записи. Существенно дискретны/: механизм записи не позволяет использовать традиционные методы регистрации оптической информации, поскольку при этом не сохраняется линейная компонента сигнала. Общие принципы голографической записи на резкоконтрастные среды но стандартно;-: метод л ке подробно рассматривались Гудменом5 риземом и Зеленкой, однако рассмотрение ограничивалось лишь оценкой вносимых при этом искажений. Не было рассмотрено та race влияние дискретного механизма представления входной информации в магнитооптических управляемых транспарантах на характеристики голографических систем корреляционного анализа»
Использование голографических методов позволяет также решить проблему магнитооптической визуализации доменной структуры в материалах с малой величиной магнитооптического эффекта, к числу которых относится большинство применяешь в промышленности магнитных материалов. Традиционные магнитооптические методы, основанные на поточечном контроле магнитного состояния образца, восьма трудоемки и не позволяют разработать на их основе промышленный метод контроля качества магнитных материалов.
Цель работы. Основной целью работы язляется разработка принципов создания новой элементной базы и методов ввода и регистрации голографической информации с использованием магнитооптики для реализации на их основе быстродействующих голографиче-ских систем и методов контроля качества магнитных материалов.
Задачи исследования
1. Исследование механизма термомагнитной записи голографической информации и магнитооптических характеристик аморфных пленок состава РЗМ-перехрдной металл.
2. Исследование характеристик двухслойных магнитооптических регистрирующих сред типа "аморфный магнетик - BL -содержащие гранат11, предназначенных для записи голографической информации
3. Исследование влияния дискретного характера записаной информации в магнитооптических элементах голографической памяти и ввода информации на работоспособность и характеристики голог-рафичсских систем корреляционного анализа и голографической интерферометрии.
4. Исследование голографических методов повышения чувствительности магнитооптической визуалнации доменной структуры магнитных материалов и разработка на их основе магнитооптических методов контроля качества промышленных магнитных материалов.
5. Экспериментальная проверка реализуемости быстродействующих голографических систем на основе магнитооптических запоминающих сред
Основные положения, выносимые на защиту
I Наличие перпендикулярной анизотропии в аморфных пленках РЗМ-Ш связано с фазовым разделением с периодом 3 нм.
2# Инверсный температурный гистерезис в этих пленках связан с разной тепловой реализацией двух магнитных фаз.
3. Основные закономерности термомагнитных характеристик пленок РЗМ-Ш определяются влиянием поверхностного слоя с анизотропией типа "легкая плоскость 1, что позволяет технологически направленно изменять характеристики записи.
4 На основе аморфных пленок реализуются двухслойные регист-рируоцие среды с чувствительностью 10 Дж/см и динамическим диапазоном 15,
5. Данные среды могут быть использованы в системах гологр- фической интерферометрии при записи голографического рельефа по стандартной схеме с малой скважностью записанной интерференционной картины или с использованием двухпучкового опорного излучения. В этом случае визуализирующий слой линейно передает амплитуду предметного пучка.
6. Для любых режимов записи передаточная функция визуализирующего слоя аддитивно включает в себя фазовоинформационнугз компоненту, что позволяет использовать данные среды в качестве гс-лографического согласованного фильтра.
7. Кодирование по уровню входной информации в магнитооптических корреляторах повышает их дискриминационно-обнаружительную способность.
8. Использование голографического вычитания позволяет добиться эффективной компенсации оптической шумовой компоненты свыше 99 и дает возможность визуализировать доменную структуру и исследовать процессы перемагничивания магнитных материалов с малым магнитооптическим эффектом.
Научная новизна
На основании проведенных исследований, по нашему мнению, в работе развито в области оптики новое научное направление,
"Магнитооптические методы в голографии11, значение котсрого определяется совокупностью важных задач, связанных с развитием прикладного магнетизма, с разработкой систем корреляционного анализа и контроля качества магнитных материалов,
В области прикладного магнетизма исследованы магнитооптические и магнитные характеристики и механизмы теплового пере-магничивания структур ка основе редкоземельный металл - переходной металл с целью создания на их основе магнитооптических элементов для быстродействующих голографических систем. Конкретно:
- детально исследован кзазистатический и динамический температурный гистерезис, определяющий механизмы термомагнітной записи голографической информации на магнитооптические среды типа редкоземельный! металл ™ переходной металл;
- теоретически рассмотрена перпендикулярная анизотропия двухподрешсточных магнитных пленках на основе "кластерное модели с целью выявления возможности оптимизации характеристик записи голографнческой информации;
- разработаны принципы оптимизации характернст кнзапноп -считывания голографической информации для двухслойных тэрмомаг-нитиых регистраторов с uпроявляющим,f ШРЇ-ІИТОМЯГКИМ магнитооптическим слоем.
Применительно к разработке быстродействующих географических систем:
- впервые предложены и реализованы методы уменьшения величины нелинейных искажений при голографической записи информации на магнитооптические среды, обусловленных дискретным механизмом -Дозаписи; впервые разработаны принципы оптимального представления входной информации в системах корреляционного анализа на основе шгштооптических управляемых транспарантов.
Применительно к разработке голографических систем контроля качества магнитных материалов:
- впервые осуществлена запись голограммы доменной структуры магнитных материалов;
- впервые предложен и реализован метод повышения чувствительности магнитооптической визуализации магнитной структуры, основанный на когерентном оптическом вычитании при двухэкспози-ционной голографической записи изображения магнитной структуры объекта.
Практическая значимость работы
Впервые осуществлена экспериментальная проверка работоспособности голографического коррелятора с использованием магнитооптического управляемого транспаранта. Проведено экспериментальное исследование влияния способа представления входной информации на обнаружительную способность голографических систем корреляционного анализа.
Впервые осуществлена экспериментальная проверка работоспособности голографического коррелятора с магнитооптическим голс-графическим согласованным фильтром и реализована схема быстродействующей системы корреляционного анализа.
Разработана методика контроля качества промышленных магнитных материалов на основе магнитооптического голографического метода визуализации магнитной структуры.
Результаты, полученные в диссертационной работе, были внедрены в НПО "Геофизика" при разработке быстродействувщих оптических процессоров для систем корреляционного анализе, а также при разработке дпосекционного регистратора пространственной структуры лазерных импульсов в ЙК диапазоне спектра. Данные результаты были вклмчены в 1996 году в Комплексну» целевув програмну "Цифровая оптозлектропика" по Министерству обороны РФ ( Главный конструктор КЦП, профессор Евтихиев Н,Н. ).
Голографические схемы наблюдения и контроля
Из приведенного выше рассмотрения с очевидностью следует схема записи голограммы прозрачного магнитного объекта, см,рис. I.I. Приведенная схема практически полностью совпадает со стандартной голографической схемой записи в неполяр из о ванном свете. Аналогичная схема использовалась для записи магнитного состояния объекта в отраженном свете.
Как уже было показано, восстановление голограммы магнитного состояния объекта осуществляется неполяриэованным опорным пучком, рис, 1.2. Для большей наглядности опорный пучок выбран ориентированным по нормали к поверхности голограммы, Очевидно, для повышения пространственного разрешения метода анализ магнитного состояния должен осуществляться по действительному изображению объекта.
Оценим для реальной геометрии голографической схемы пространственное разрешение по восстановленному мнимому изображению, обеспечиваемое наблюдательной системой. Для расстояний от плоскости голограммы до изображения порядка 10 см должны быть исполь-зованы фотографические объективы с фокусным расстоянием того же порядка величины. Из известных формул геометрической оптики следует, что пространственное разрешение, обеспечиваемое объективом в плоскости объекта, равногде Н0 - разрешащая сила объектива и - коэффициент линейного увеличения. Видно, что предельное пространственное разрешение реализуется для случая - -»= , что соответствует расположению объекта в фокальной плоскости объектива. Для лучших фотографических объективов имеем NQ = 40 линий/мм / 10 /, что соответствует линейному разрешению &? = 25 мкм. Подобное разрешение явно недостаточно для наблюдения мелкодоменной структуры магнитных элементов и материалов по восстановленному мнимому изображению. При наблюдении действительного изображения могут быть применены микрообъективы, разрешающая сила которых Ч0 составляет 500 линий/мм. Это соответствует линейному разрешению Z мкм.
Экспериментальная установка для записи голограмм магнитной структуры объектов в проходящем свете, схема которой представлена на рис. 1.3, была собрана на базе установки УИГ-2. Источником когерентного излучения служил одномодовый гелий-неоновый лазер типа ЛГ-38. В качестве поляризаторов использовались высо-кодобротные призмы Николя. Запись голограмм осуществлялась на фотопластинки ВР-Л. Время экспозиции составляло 3 мин. В качестве объекта были выбраны прозрачные пластины железо-иттриевого феррита-граната с периодом доменной структуры 10 мкм. На рис.1.4 представлены фотографии доменной структуры пластины Bi. -содержащего граната (а) и восстановленного с голограммы действительного изображения (б). Анализ показывает, что пространственное разрешение по действительному изображению составляет 2 мкм,при
Доменная структура прозрачного граната (а) и восстановленное голографическое действительное изображение (б) наблюдении мнимого изображения доменная структура феррита-граната не разрешалась. На рис. 1.5 представлена фотография магнитной структуры восстановленного изображения объекта для голограммы, записанной в отраженном свете с использованием магнитооптического эффекта Керра. На рис. 1.6 показано восстановленное с голограммы изображение доменной структуры тонкопленочного образца железо-иттриевого граната.
Для исследования магнитной структуры образцов с малой величиной магнитооптического сигнала особый интерес представляют методы повышения чувствительности. В случае традиционной магнитооптики это достигается путем воздействия на магнитную структуру материала слабым переменным магнитным полем. Детектирование компоненты сигнала, изменяющейся с частотой приложенного к образцу магнитного поля, позволяет выделить магнитооптический сигнал на фоне помех, связанных , в частности, с деполяризацией падающего на образец излучения при отражении от его поверхности / 9 /„ Для голографической магнитооптики подобный метод может быть реализован с помощью оптического вычитания исходного состояния образца. Практически это достигается методом "реального масштаба времени" путем когерентного сложения самого объекта с восстановленным мнимым изображением его исходного состояния.
Пусть амплитуда световой волны для исходного состояния образца записывается в плоскости голограммы в виде Ц, ( ,у) , включающей как вклад от магнитооптического (полезного) сигнала, так и шумовых компонент, обусловленных эффектами деполяризации светового излучения при отражении от поверхности образца. При
Интегральный контроль неоднородности магнитных свойств материалов корреляционными методами
Одной из важных характеристик, по которой проводится контроль качества магнитных материалов, является лекальная коэрци-тивность. В общем случае измерение локального значения коэрцити-вности является сложной технической задачей, решаемой с помощью индуктивных датчиков, однако при уменьшении геометрических размеров датчиков снижается их чувствительность и ухудшается отношение сигнал/шум. Поскольку контроль должен проводиться по всей поверхности образца, необходимо либо последовательно измерять коэрцитивность по всей поверхности образца, что представляет собой весьма трудоемкую операцию, либо одновременно использовать несколько датчиков, установленных в выбранных точках поверхности, что снижает достоверность получаемой информации о поле коэрцитивности из-за пространственной дискретности измерения.
Наиболее естественным для измерения неоднородности магнитных свойств материалов, в том числе и коэрцитивности, является применение интегральных методов. Этот принцип заложен в определении коэрцитивности материалов по магнитооптическим петлям гистерезиса, которые могут быть получены не только локально, но и интегрально, для всей измеряемой поверхности образца, По существу данный метод сводится к измерению отношения площади й непере-магниченного участка образца ко всей измеряемой, площади й в зависимости от приложенного магнитного поля. Для тонкопленочных образцов с большой константой перпендикулярной анизотропии, см. рис. 2.1 , в результате измерения определяется петля гистерезисагде iUs - намагниченность насыщения. В общем случае при непрерывном изменении ориентации ЇИ по наблюдаемому полю образца вклад в интегральный магнитооптический сигнал будут давать не только перемагниченные, но и неперемагниченные участки образца (из-за изменения величины намагниченности), что не позволяет определить дисперсию коэрцитивности по полученной интегральной магнитооптической петле гистерезиса.
Наиболее объективным является контроль перемагничивания образца по площади перемагниченных участков, который может быть осуществлен или магнитооптически, или с помощью магнитного коллоида / 12 /. Визуальный контроль перемагничивания, использованный, в частности, для определения качества магнитных материалов, предназначенных для термомагнитной записи / 13 /, носит качественный характер и непригоден для контроля прошяленных образцов. Так как для образцов с произвольной доменной структурой взаимная корреляция геометрических образов доменной структуры начального и перемагниченного состояния образца мала, то для количественного определения характеристики (ьО/д могут быть использованы корреляционные методы / 14 Д реализуемые средствами оптической голографии Контроль за положением доменных границ осуществляется гол о графическим коррелятором работащим в "реальном масштабе времени" с предварительной фильтрацией нулевых частот. Данный метод пригоден, однако, только для полированных объектов.
При освещении объекта плоско параллельным пучком в плоскости Фурье гармоники спектра разделяются пространственно, что позволяет осуществить их селекцию. В данном случае, поместив маску в области нулевой гармоники, мы полностью устраняем недифрагиро-вавшэе излучение, которое несет информацию как о перемагниченных, так и о неперемагниченных участках исследуемого образца. Отселектированное таким образом излучение будет нести информацию только о неоднородностях, на которых происходит дифракция. Ими являются либо доменные границы, либо дефекты. Далее осуществляется обычный голографический корреляционный контроль за отселе-ктированным излучением объекта. Голографический фильтр записывается с объекта, находящегося в размагниченном состоянии. С увеличением перемагничивающего поля степень корреляции конфигурации доменных границ в исходном и контролируемом состоянии падает, причем, как легко показать, максимум корреляционного сигнала Х0 оказывается пропорциональным площади неперемагниченных участков образца.
Таким образом, измеряя зависимость корреляционного сигнала от внешнего поля Ко(н) , мы можем ввести количественную характеристику для определения неоднородности магнитных свойств образца. Для этого рассмотрим рис, 2,2,на котором качественно представлена зависимость корреляционного сигнала 0 от поля Н для реального и идеального образцов- Очевидно, резкое переключение всего образца приводит к резкому изменению величины корреляционного сигнала в области значений магнитного поля И к H t Б общем случае область изменения величины в зависимости от перемагничивающего поля характеризует дисперсию SHst стартовых значений поля по поверхности образца.
Для оптически непрозрачных образцов получаемая дисперсия коэрцитивности относится к поверхностному магнитному слою, это не позволяет в общем случае однозначно контролировать объемное магнитное состояние образца, В тонкопленочных элементах магнитной микроэлектроники существует сквозная по толщине образца доменная структура, что полностью устраняет подобную неоднозначность. В общем случае для магнитных материалов и элементов неоднородность их магнитных свойств на поверхности выше, чем по объему образца и может служить характеристикой , по которой контролируется качество всего образца.
Метод согласованной оптической фильтрации в отличие от прямого магнитооптического метода, основанного на измерении петли гистерезиса, позволяет определить дисперсию коэрцитивности путем интегральных измерений, не прибегая к поточечному контролю характеристик образца Анализ конкретных типов дефектов может быть осуществлен описанным выше методом двойной экспозиции.
Следует отметить, что чувствительность метода согласованной оптической фильтрации такке зависит от эффективности подавления оптических помех, не зависящих от магнитного состояния образца, И в этом случае оказывается применимым метод голографиче-ского вычитания. Это позволяет сформировать в частотной плоскости коррелятора фурье-спектр пространственных частот, соответствующих собственно магнитному исходному состоянию образца. Получа емый при этом корреляционный сигнал будет определяться корреляцией исходного и перемагниченного состояния магнитной структуры.
Температурный гистерезис в тонких аморфных пленках
С точки зрения записи голографической информации аморфные ферримагнитные пленки РЗМ-переходноЙ металл представляют большой интерес из-за возможности технологической оптимизации их характеристик путем варьирования их состава в широких пределах. Это позволяет оптимизировать характеристики записи на них голографической информации. Если процессы перемагничивания этих пленок во внешних магнитных полях исследованы довольно детально, то квазистатическое и импульсное тепловое перемагничивание их практически не изучалось, поскольку в первую очередь пленки предназначались как материал для реализации на их основе ЭДД-устройств и запоминающих устройств с побитовой записью.
Исследование температурного гистерезиса в аморфных пленках позволяет выявить механизмы записи на них оптической информации и особенности процесса теплового перемагничивания.
Пленки составов &d-CQ и Gd-Fe являются неоднородными до толщине. Исследование петель магнитного гистерезиса угла фарадеевского вращения позволяет судить о степени этой неоднородности, вносящей вклад в тепловое перемагничивание пленок. На рис. 3.6 представлены типичные для исследуемых пленок петли (о (н) и кривые вращающих моментов. Сразу после получения пленки петли (Ч) имеют форму, близкую к прямоугольной, и симметричны относительно начала координат, см. рис. 3.6. Яри этом кривая вращающего механического момента показывает наличие сигнала только от основного слоя. Отжиг пленки на воздухе приводит к увеличению толщины поверхностного слоя, что связано с процессом селективного окисления гадолиния в приповерхностных слоях пленки. В частности, на кривых вращающего момента появляется дополнительный сигнал от поверхностного слоя с анизотропией типа "плоскость легкого намагничивания", рис. 3.6 (Е ). Дальнейший отжиг пленки приводит к увеличению толщины и возрастанию поля насыщения поверхностного слоя.
Исследование полевых петель гистерезиса позволяет оценить степень однородности исследуемых образцов и более глубоко объяснить механизмы теплового перемагничивания пленок. Исследование проводилось магштоопотическим методом, позволяющим определить локальные характеристики пленок, а также с использованием эффекта Холла, определяющего их интегральные характеристики. Для пленок РЗМ-переходкой металл петли с? (н) и Е (U) , где Ех ЗДС Холла, практически одинаковы, как показали исследования на этих пленках и литературные данные / 29 /. На рис. 3.7 показаны петли гистерезиса $ (н) и Е/н) для пленки состава GdeaCo7e . Видно, что петли фарадеевского вращения при приближении к температуре магнитной компенсации расширяются и при переходе через
Петли гистерезиса фарадеевского вращения для пленки состава GA5tCo7Q полученные в результате отжига на воздухе, и кривые вращающихмоментев
Петли гистерезиса угла фарадеевского вращения (А) и холловские петли (Б) для пленки состава Gd Co полученной при напряжении смещения V6 = -20 В Тс становятся сложными инверсными, что свидетельствует о существовании компенсационной плоскости ( Н3 = 0) в основном слое пленки. Различие между холловскимии фарадеевскими петлями гистерезиса объясняется тем, что в отличие от фарадеевских петель петли ЕхСн] снимаются со всего образца. Логично предпо -дожить, что компенсационная плоскость в этом случае является наклонной, что подтверждается образованием компенсационной стенки в виде прямой доменной границы, наблюдаемой визуально. При нагревании образца происходит смещение доменной границы в соответствии с принятым здесь предположением.
Помимо неоднородности по толщине и по площади пленки, определяемой вариацией ее химического состава в результате напыления, имеет место и неоднородность ,связанная с появлением поверхностного слоя в результате селективного окисления Gd Об этом свидетельствует уменьшение фарадеевского сигнала при больших температурах ниже Тсшх и его увеличение при температурах выше TCQmp , см. рис. 3.7, Это связано с тем, что в больших полях вектор намагниченности ПС, определяемой в основном подре-шеткой Со , выходит из плоскости пленки и снижает величину сигнала, т.к. вектор намагниченности подрешетки кобальта в основном слое при Т соу р направлен противоположно внешнему магнитному полю (намагниченность подрешетки Gd в основном слое выше намагниченности подрешетки Со ). При Т ТС0№р ситуация меняется и вектора намагниченности подрешетки Со в основном и поверхностном слое направлены по полю, о чем свидетельствует возрастание фарадеевского сигнала с увеличением поля.Следует отметить, что однородность пленки по толщине существенно повышается при приложении напряжения смещения в процессе осаждения пленки. В частности, как следует из рис. 3.8, при Петли гистерезиса угла фарадеевского вращения (А) и холлозские петли (Б) для пленки состава Gd5Co7(S полученной при напряжении смещения Vfc = -120 В
Перемагничивание двухслойных пленок "аморфный магнетик -Ы - содержащий гранат" при тепловом воздействии
Непосредственно запись гол о графической информации в двухслойных магнитооптических структурах осуществляется в регистрирующем магнитном слое, коэрцитивность которого должна быть выше коерцитивно с ти визуализирующего слоя для того, чтобы избежать дополнительных искажений при записи за счет полей рассеяния визуализирующего слоя. При этом магнитное поле записи выбирается таким, чтобы магнитная структура визуализирующего слоя находилась в насыщенном состоянии, которому соответствует нулевое значение магнитных полей рассеяния за пределами самого слоя. Как было показано в результате ряда экспериментальных исследований, в качестве материала для визуализирующего слоя наиболее применим ВС -содержащий гранат, коэрцитивность которого не превышает 80 А/м. Визуализация записанной в регистрирующем слое голографи-ческой информации осуществляется путем формирования в визуализирующем слое магнитной структуры, отображающей магнитную структуру регистрирующего слоя, и последующего восстановления с использованием магнитооптического эффекта Фарадея, величина которого для визуализирующего слоя намного превышает величину фарадеевс-кого вращения в регистрирующем слое,
Двухслойные магнитооптические системы "аморфный магнетик -Ы - содержащий гранат" получались ионко-плазмеиным распылением мозаичной мишени GdCo на гранатовую пленку состава (ЬіТц)ь (FeGoL 0 а толщиной 2 мкм и намагниченностью насыщения 1,2.10 к/и. Толщина пленки составляла 100 нм. Намагниченность аморфной пленки значительно превышает намагниченность граната за исключением предельного случая, когда аморфная пленка имеет компенсационный состав. За счет этого между ними существует магнит о статическая связь и доменная структура пленки GdCo определяет доменную структуру гранатовой пленки.
Получение максимальной энергетической чувствительности при термомагнитной записи диктует необходимость использования пленок состава, предельно близкого к компенсационному, т.е. близка к Т0 .С другой стороны, это приводит к уменьшению магнитостатической связи между слоями из-за уменьшения намагниченности слоя аморфного магнетика вблизи точки магнитной компенсации, поэтому для повышения Ms аморфной пленки в бинарные пленки GdCo вводилось олово / 45 /.
Таким образом в дальнейшем будем рассматривать двухслойную структуру, состоящего из регистрирующего магнитотвердого (МТ) слоя и визуализирующего магнитомягкого слоя (ММ). Собственно перемагничивание ММ слоев (например, граната) под действием внешнего магнитного поля изучено достаточно хорошо / 52,64 /. Особенность перемагничивания двухслойной системы состоит в том, чтобы выявить характер доменной структуры, формируемой в ММ слое под действием полей рассеяния доменной структуры МТ слоя . Это зависит от вида доменной структуры в МТ слое, а также от характера взаимодействия и параметров слоев. Будем полагать, что связь между слоями осуществляется магнитостатически, что оправдано в случае систем GdCo - Ы -содержащий гранат. Поскольку в дальнейшем нас будет интересовать только запись голографи-ческой информации, то микроструктура записанной голограммы в локальном участке записи представляет интерферограмму, и для рас - -смотрения механизма записи можно ограничиться случаем, когда в МТ слое сформирована полосовая доменная структура с периодомcL , равным периоду интерферограммы.
В работе / 65 / была рассмотрена аналогичная задача в случае большого зазора (порядка нескольких микрон) между слоями и при скважности полос (отношение ширины полосового домена к периоду структуры) в МТ слое & = 0,5 . Шло показано, что в ММ слое при определенном значении параметров слоев формируется полосовая доменная структура с периодом, либо равным периоду полос в МТ слое, либо кратным ему, причем при совпадащих периодахШ = d скважность полос в МИ слое тоже равна 0,5. В работе / бб / нами было впервые выявлено, что в случае ступенчатого распределения намагниченности в МТ и ММ слоях и достаточно малого зазора между слоями скважность полос в ММ слое будет некоторой функцией 5; . фи определенных значениях параметров слоев оказывается возможной практически линейная зависимость В (SO / бб /. Позднее в работе / 67 / такая задача была решена численными методами для случая большой намагниченности МТ слоя 4,8.Иг А/м), однако в случае небольших намагниченнос-тей МТ слоя ( .8.Ю3 А/м), реализуемых для двухслойных систем "аморфный магнетик - Ы. - содержащий гранат, зависимость& Сё/) обладает рядом особенностей. Кроме того не были получены аналитические апроксимации зависимости &С&) , что ,как будет показано в разделе 4.4 имеет большое значение для анализа процесса записи и восстановления, записанных ка двухслойную пленку.
двухслойных пленках Пусть в МТ слое сформирована полосовая доменная структура с периодом d и скважностью полос fi d + A , см.рис.4.3,которая сохраняется благодаря высокой коэрцитивности слоя. Очевидно, если период собственной доменной структуры ММ слоя d0 близок к d , то в ММ слое формируется полосовая доменная структура с тем же периодом X) = d и со скважностью полос
в Ш слое возникают полосы с периодом, не равным, а кратным d . Момент изменения периода полос в ММ слое определяется абсолютным минимумом свободной энергии ММ слоя.
Объемная плотность свободной энергии Ш слоя записывается в видегде Ew - плотность энергии доменных стенок, Е - плотность собственной магнитостатической энергии и Ей - плотность энергии взаимодействия ММ и МТ слоев. Первые два слагаемых были найдены ранее / 64 / и равны Здесь g - плотность энергии доменной стенки, иа - магнитная проницаемость вакуума и М - намагниченность насыщения ма-гнитомягкого слоя. Третье слагаемое в выражении (4.2) рассматривалось в работе / 65 / только для случая синусоидального распределения нормальной компоненты намагниченности в магнитомяг-ком слое, что не выполняется для разработанных двухслойных структур "аморфный магнетик - fei - содержащий гранат", где отсутствует зазор между МТ и ММ слоями. Для случая ступенчатого распределения нормальной компоненты намагниченности, см. рис. 4.3, необходимо учитывать не только первую гармонику в выражении для с , но и все высшие гармоники ее разложения в рад Фурье, как
будет показано ниже. По определениюгде Qj - магштостатический потенциал и Р - оъемная плотность магнитных полюсов:Поверхностная плотность магнитных полюсов ог(х) запишется в видеслоя» определяется выражениями 3.13),(3.15) и (3,18) и в данном случае5 когда плотность магнитных полюсов не зависит от координаты u , будет равен
гДе ck t - тт К Выражения для коэффициентов разложения Ьі в ряд Фурье ступенчатой функции распределения нормальной компоненты намагниченности МТ сдоя будут аналогичны формулам (4.7).
Здесь НЬІ - намагниченность насыщения и & = +/ - скважность полос в МТ слое. Координата Хо учитывает относительный сдвиг системы полос в МТ и Ш слое, она может принимать, очевидно, два значения: 0 или d/Используя полученные выше формулы, нетрудно записать выражение для энергии связи обоих слоев.
