DE1774764C3 - Magnetooptische Schicht und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

wurden ferromagnetische Eigenschaften in Europium-Chalgogeniden, Europium-Halogeniden und Europium-Silicaten festgestellt. Über einen Einfluß von Verbindungselementen der genannten Art hinsichtlich einer Heraufsetzung der Curietemperatur enthält dieser Bericht jedoch keine Angaben.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist e.s, eine insbesondere zur Verwendung in Datenspeichern geeignete ferromagnetische Schicht mit ausgeprägten magnetooptischen Eigenschaften anzugeben, die eine wesentlich höhere Curietemperatur aufweist als die bekannten Europium-Oxyd-Schichten. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein aus einem Seltene-Erde-Oxyd bestehendes, eine kristalline Gitterstruktur aufweisendes Trägermaterial vorgesehen ist, das durch gleichförmige Dispersiou mit wenigstens einem Element der Gruppe Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu dotiert ist, und daß das Dotierungsmittel ein atomares Verhältnis zu dem Seltene-Erde-Element im Bereich von etwa 1:1000 bis etwa 1: 10 aufweist. Es hat sich hierbei als besonders vorteilhaft erwiesen, als Trägermaterial Europium-Oxyd zu verwenden.

Eine derartige Schicht besitzt gleiche bzw. bessere magnetische und magnetooptische Eigenschaften als eine aus reinem Europium-Oxyd bestehende Schicht (vgl. z. B. die nachstehende Tabelle I) und hat eine Curietemperatur, die weit über der Curietemperatur von Europium-Oxyd liegt. Ein magnetooptischer Speicher, der diese Schicht verwendet, kann daher in einer Umgebung von flüssigem Stickstoff betrieben werden.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der Schicht besteht gemäß der Erfindung darin, daß auf ein Substrat Eu₂O₁, und RE„O aus erhitzten Quellen aufgedampft wird, worin RE aus der Gruppe Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu ausgewählt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Ansprüchen zu ersehen. Nachfolgend sind an Hand von Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele und ein Anwendungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. IA eine schematische Darstellung der Schreiboperation bei einem Datenspeicher, der die magnetooptische Schicht gemäß der Erfindung als Speichermedium verwendet,

Fig. IB eine schematische Darstellung einer Leseoperation bei einem Datenspeicher, der die magnetooptische Schicht gemäß der Erfindung als Speichermedium verwendet,

Fig. IC eine idealisierte Hysteresisschleife zur Erläuterung des Rechteckigkeitsverhältnisses,

F i g. 2 Meßkurven des magnetischen Momentes in Abhängigkeit von der Temperatur für eine mit Gadolinium dotierte Europium-Oxyd-Schicht bei Verwendung verschiedener Feldstärkewerte,

Fig. 3 den spezifischen Widerstand als Funktion der Temperatur für eine mit Gadolinium dotierte Europi um-Oxyd-Schicht,

F i g. 4 Meßkurven der longitudinalen Faraday-Rotation (S'ättigungsrotation 2Φ_ν und 2Φ,) und der Koerzitivkraft H_r in Abhängigkeit von der Temperatur bei einer Wellenlänge von 6328 A für eine cadoliniumdotierte Eisen-Europium-Schicht von 4000A Dicke bei einem Einfallswinkel des Lichtes von 20°,

F i g. 5 Kurven der longitudinalen Faraday-Rotatinn. der loncitudinalen Kerr-Rotation und des trans

versalen Kerr-Effektes für eine beispielsweise 4000 A dicke Schicht aus Europium-Oxyd, die mit Gadolinium dotiert ist, und

F i g. 6 Kurven der Abhängigkeit der optischen Absorption in Abhängigkeit von der Wellenlänge für eine mit Gadolinium dotierte Europium-Oxyd-Schicht bei drei verschiedenen Temperaturwerten.

Die erfindungsgemäße Schicht hat sowohl magnetooptische als auch ferromagnetische Eigenschaften.

ίο Sie besteht im wesentlichen aus einem Trägermaterial, das ein Oxyd von zweiwertigem Europium Eu ist. Dieses Material ist mit einem relativ kleinen atomaren Gewichtsprozentsatz eines Dotiermittels angereichert, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Scandium Sc, Yttrium Y, Lanthan La, Cer Ce, Praseodym Pr, Neodym Nd, Gadolinium Gd, Samarium Sm, Europium Eu, Dysprosium Dy, Holmium Ho, Erbium Er, Thulium Tm, Yterbium Yb, Lutetium Lu und Promethium Pm enthält.

Wie aus dem periodischen System der Elemente ersichtlich ist. sind die normalerweise auftretenden Oxydationszustände für die Elemente der Gruppe Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu gleich drei. Der Zusatz des Dotierungsmittels zu der in erster Linie aus einem Seltene-Erde-Oxyd bestehenden Schicht bewirkt eine Erhöhung der ferromagnetischen Curietemperatur dieser Schicht, was auf eine Erhöhung der Leitungselektronen im Schichtmaterial zurückgeführt werden kann.

Der Ferromagnetismus einer EuO-Schicht wird darauf zurückgeführt, daß die Europium-Ionen zweiwertig sind. Auf Grund dieser Ionenart eignet sich eine derartige Schicht vorzüglich ah Trägermaterial für Dotierungsmittel mit einem höheren Valenzzustand.

Zum Beispiel ist in Europium-Oxyd der Oxydationszustand von Eu zwei und der Oxydationszustand des Dotierungsmatteis Gd ist normalerweise drei.

In einer Seltene-Erde-Oxyd-Schicht, die eine kristalline Gitterstruktur aufweist, wie EuO, werden die einzelnen Gitterplätze selektiv mit dreiwertigen Konen dotiert, wobei die Proportion von der geforderten Magnetostriktion der Schicht abhängt. Zum Beispiel wird eine relativ kleine Zahl Ionen von Gd⁺⁺⁺ auf Gitterplätze gebracht, die normalerweise vom den Eu⁺+-Ionen im Kristallgefüge von EuO eingenommen werden. Hierdurch erhöht sich die Curietemperatur T_c erheblich. Während die Curietemperatur ir. einer reinen EuO-Schicht bei 69° K liegt, wird bei einem atomaren Verhältnis von Gd: Eu eine Curietemperatur von etwa 140° K erhalten. Ebenso erhöht sich beispielsweise die Curietemperatur durch einen relativ kleinen Überschuß von Eu-Ionen in der Zwischengitterplätzen auf etwa 120° K.

Die Magnetschichten werden beispielsweise in

einem Vakuum von 2 · 10~⁵ mm Quecksilbersäule bei Verwendung einer erhitzten Materialquelle und eines ebenfalls erhitzten Substrates, das auf einer Temperatur zwischen 100 und 250° C gehalten wird, durch Vakuumniederschlag hergestellt. Als Substratmaterial

⁶« ist beispielsweise Glas, Quarz oder poliertes Silber geeignet. Für den herzustellenden Niederschlag wird eine Quelle von Eu und eine weitere Quelle, die aus einer Mischung von Eu₂O₃ und Gd₂O, besteht, durch Einwirkung eines Elektronenstrahls in. herkömmlicher Weise verdampft.

Die Magnetschicht kann durch wechselweises Übereinanderschichten von Eu und der erwähnten Oxydmischung, z. B. 10Vo Gd₂O₃ und 9O°/o Eu₂O₃ her-

gestellt werden. Bei nachfolgender Erhitzung wird durch Reaktion eine Gd-dotierte EuO-Schicht erhalten. Die Herstellung einer entsprechenden Schicht kann jedoch auch durch gleichzeitige Verdampfung der genannten Materialien erfolgen. Als Bestandteile die Eigenschaften der in der oben erläuterten Weise hergestellten Schichten an. Es sind die Parameter für bestimmte Eigenschaften einer reinen EuO-Schicht, einer Eu-angereicherten Schicht und von Schichten angegeben, die durch Vakuumniederschlag aus einer

der Oxydmischung können ferner Ys	Reines EuO	Quelle von Eu und einer	~120	Mischung von Eu2O3 und
,0, und Eu2O1		Gd2O3, Eu2O3 und Y2O3	~10	bzw. Eu2O3 und Ho2O3
sowie Ho2O3 und Eu2O3 verwendet werden.	~195	hergestellt worden sind.
Die nachfolgende Tabelle 1 gibt die Daten über	>10°		—
Tabelle 1	Eu-angereichert		Eu mit Dg, Ho oder Y
Eigenschaften		~ 5 · 105	als Dotierungsmittel
	~195	~2,5	212
/emu\ M\ \ ΡΤΪ1 /	-10	25	2,5 · 10-*
\ o1 / Spezifischer Widerstand (Ω-cm) bei 300° K	Steinsalz (kubisch) Steinsalz (kubisch)	Steinsalz (kubisch)
\J^*i %J \f V ä ^ Struktur	~70	140
Tc β Nullfeld	~ 10	11,5
Optische Absorption bei 300° K
und = 6000A <xmax (lOVcm)	—	3600
Sekundäre Absorption bei 6500 A
und 6° K	5-105	~ 5 · 105
Spezifische Faraday-Rotation (°/cm)	2,5	3,6
Longitudinale Kerr-Rotation (°)	25	38
Transversaler Kerr-Effekt (Vo)

Die folgende Tabelle 2 gibt die Oxydationszustände für die Dotierungsmittel an, die im Rahmen der Erfindung zur Anwendung kommen können.

Tabelle 2

Dotierungsmittel	Oxydationszustand
La	3
Eu	3,2
Ce	3,4
Pr	3,4
Nd	3
Pm	3
Sm	3
Gd	3
Tb	3,4
Dy	3
Ho	3
Er	3
Lu	3
Y	3
Sc	3
Tm	3
Yb	3,2

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Eine durch einen Elektronen- oder Laserstrahl adressierbare Speichereinrichtung, bei welcher die Magnetschicht verwendet wird, ist in den Fig. IA und IB dargestellt Hierbei dient die Fig. IA zur Veranschaulichung der Schreiboperation. Eine Schicht 10 befindet sich auf einem Substrat 11. Eine Laseroder Elektronenstrahlquelle 12 liefert einen fokussierten Strahl 13, der auf die Oberfläche der Schicht 10 gerichtet ist. Eine Magnetfeldquelle, die vorzugsweise aus zwei Helmholtzspulen 14 und 16 bestehen kann, erzeugt ein Magnetfeld 18, das in der Ebene der Schicht 10 verläuft und einen Wert von annähernd 20 Oe besitzt. Eine in einem Bereich 20 nach rechts gerichtete Magnetisierung ist einem der beiden Binärwerte, z. B. 1 zugeordnet, während eine im gleichen Bereich nach links gerichtete Magnetisierung dem anderen Binärwert, z. B. 0, entspricht. Durch Einwirkung des Strahles 13 nimmt der Bereich 20 eine wesentlich höhere Temperatur an als der ihn umgebende Teil der Schicht 10, so daß dieser Bereich allein sich entsprechend der Richtung des Magnetfeldes der Spulen 14 und 16 einstellt. Sofern von diesen Spulen ein nach rechts gerichtetes Magnetfeld angelegt wird, enthält der Bereich 20 nach der Ab kühlung eine binäre Information, z. B. eine binäre Eins, gespeichert. Durch entsprechende Ablenkung des Strahles 13 kann in der beschriebenen Weise in die gesamte Fläche der Schicht 10 selektiv binäre Information eingeschrieben werden. Mit Hilfe der vorhandenen Laser- oder Elektronenstrahlquellen kann der vom Strahl für ein selektives Einschreiben jeweils erwärmte Bereich 20 auf einem Durchmesser von 3 μ gehalten werden. Es ist daher möglich, mit Hilfe der dotierten Seltene-Erde-Oxydschicht einen Speicher herzustellen, dessen Speicherdichte in der Größenordnung von 1,5 · 10* Bits pro cm* liegt

Zur Entnahme der in der Schicht 10 gespeicherten Binärinformationen dient die in F i g. 1B dargestellte Anordnung. Die Schicht 10 besteht vorzugsweise aus EuO, das mit Gd dotiert ist Auf diese Schicht wird ein fokussierter Lichtstrahl 30 aus einer Lichtquelle 32 gerichtet. Als Lichtquelle dient vorzugsweise ein He-Ne-Laser, der Licht mit der Wellenlänge /on

6328 A erzeugt. Für die Entnahme stehen verschiedene magnetooplischc Effekte zur Verfügung. Allen diesen Effekten ist gemeinsam, daß der einfallende Lichtstrahl durch die Magnetisierung 18 im Bereich 20 sowohl im reflektierten Strahl 34 als auch im nindurchgelasscncn Strahlcnteil 36 beeinflußt wird. Zum Beispiel kann die Entnahme durch Messung der Faraday-Rotation des durch die Schicht 10 und das Substrat Il hindurchtretenden Strahlcnteiles 36 erlolgen. Dieser Strahlenteil wird über einem Analysator 40 einem Photovervielfacher 38 zugeleitet. Der Analysator 40 ist so gewählt und angeordnet, daß er von dem auftreffenden, linear polarisierten Licht bei einer bestimmten Polarisationsrichtung nur einen minimalen Anteil hindurchläßt. Der Ausgang 47 des Photovervielfachers 38 liefert in bekannter Weise ein Maß für die Faraday-Rotation. Zum Lesen der gespeicherten Daten kann ferner der longitudinal Kerr-Effekt im reflektierten Strahlenteil 34 mit Hilfe eines Photovervielfachers 46 gemessen werden. Der reflektierte Strahlcnteil wird zu diesem Zweck durch einen Analysator 50 geleitet, der in einer bestimmten Polarisationsebene eingestellt wird, so daß der durch den Analysator hindurchtretende Teil des refleküerten polarisierten Lichtes ein Maß für den Wert ist, um den die Polarisationsebene des reflektierten Lictites 34 bei der Reflexion im Bereich 20 der Schien IU verdreht worden ist. Eine weitere Möglichkeit bestem in der Verwendung des transversalen Kerr-Effektes, in dem die Änderung in der Intensität des im Bereicn 20 reflektierten Lichtes 34 durch den Photovervieifacher 46 gemessen wird. Der Analysator 50 wird in diesem Falle weggelassen.

Für die praktische Verwendung einer Magnetschicht in einem durch einen Elektronen- oder Laserstrahl adressierbaren Speicher ist die Hystereseschleife dieser Schicht von besonderer Bedeutung, in Fig. IC ist eine idealisierte Hysteresisschleite aer Schicht 10 dargestellt. Die Koerzitivkraft H_c ist diejenige Feldstärke, die erforderlich ist, um die Magnetisierung im Bereich 20 von der einen Magnetisierungsrichtung in die entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung, z. B. vom Zustand einer gespeicherten binären Eins mit nach rechts gerichteter Magnetisierung in den Zustand einer gespeicherten binaren Nuu mit nach links gerichteter Magnetisierung umzuschalten. Das Rechteckigkeitsverhältnis Mr/m_s, ο·^η· das Verhältnis der remanenten Magnetisierung zur magnetischen Sättigung, ist ein Maß dafür, we gui eine Schicht die an sie gestellten praktischen Antorderungen erfüllen kann. . ^__. „,.

Wenn die Schicht 10 auf ein Quarzsubstrat autgebracht wird, läßt sich eine AnisotropiefeldstarKe von annähernd 120Oe erreichen. Wenn andererseits for die Schicht 10 ein Glassubstrat verwendet wim, sind Koerzitivkraftwerte von annähernd wue erreichbar. Bei Verwendung eines Dotieruagsmmeis, das durch eine bestimmte Kombination ^von J"^" wählten Elementen der Gruppe La, Eu, Ce, Pr, N£ fm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er. Lu, Y, Sc Tm und Yb fcffln das Rechteckigkeitsverhältnis M_RIM_S einer aus EuO bestehenden Schicht variiert werden. Zum Baspiel kann ein Ion mit großen Spin-Umlaufbahn-. Effekten, wie es bekanntlich beim Ersetzen vonlEu «n EuO-Ghter erhalten wird, die magneto-knstaltoe Anisotropie und die Magnetostriktion «β«!™⁰¹^ dem. Da die Form der Hysteresisschleife (Fig. IM sowohl von der Magnetostriktion als auch von aer magneto-kristallinen Anisotropie abhängt, kann durch Beeinflussung dieser beiden Parameter auch das Rechteckigkeitsverhältnis beeinflußt werden. Eine Änderung des Rechteckigkeitsverhältnisses kann in einfacher Weise durch Dotierung einer EuO-Schicht mit einem Dotierungsmittel der vorerwähnten Art erreicht werden.

Nachfolgend ist eine als Ausführungsbeispiel der Erfindung gewählte EuO-Schicht beschrieben, die mit ίο Gd dotiert ist zur Erhöhung der Curietemperatur auf einen Wert, der über dem charakteristischen Wert von 70' K einer reinen EuO-Schicht liegt. Eine derartige Schicht kann vorzugsweise in einem magnetooptischen Speicher in flüssigem Stickstoff bei 77° K benutzt werden.

Die Schicht weist eine flächenzentrierte, kubisch poly-kristalline Struktur auf und besteht hauptsächlich aus zweiwertigem Eu^{+ +} mit einem ausreichenden Zusatz von Gd^{+4 +} (dreiwertiges Gadolinium), ao Das Gadolinium bewirkt eine Erhöhung der ferromagnetischen Curietemperatur T_c um einen Faktor von mehr als 2.

Die Herstellung dieser Schicht geschieht durch Vakuumaufdampfung. Es kann sowohl mit simultaner Aufdampfung unter Verwendung einer Quelle von Eu und einer weiteren Quelle von gemischten Oxyden Gd₂O₃ und Eu₂O₃ bei 10 Gewichtsprozent Gd₂O₃ und 90 Gewichtsprozent Eu₂O₃ erfolgen oder sequentiell durch abwechselndes Niederschlagen einer Schicht Eu und einer Schicht aus gemischten Oxyden, wobei jede dieser Schichten annähernd 100 A stark gemacht wird und nach Erreichen der gewünschten Stärke eine Erhitzung vorgenommen wird, um durch chemische Reaktion EuO zu erzeugen. Bei der Herstellung einer EuO-Schicht nach einem derartigen Verfahren wurde ein Vakuum von annähernd 10~⁵ mm Quecksilbersäule während der Aufdampfung verwendet. Die Schichtdicke wurde während der Aufbringung mit Hilfe von zwei Quarzkristall-Oszillatoren in herkömmlicher Weise durch Beobachtung des Niederschlages des aus den beiden Quellen verdampften Materials überwacht. Die durchschnittliche Niederschlagsrate war annähernd 3,3 A pro Sekunde. Der Abstand zwischen dem Substrat und der Dampfquelle betrug annähernd 50 cm. Bei der Zusammensetzung der niedergeschlagenen Schicht wurde auf ein Verhältnis von 1:1 von Eu und den gemischten Oxyden geachtet Das Substrat, das aus geschmolzenem Quarz oder poliertem Silber bestand, wurde vor Beginn der Schichtaufbringung in einei Reinigungsmittel-Lösung durch Einwirkung von Ultraschall gesäubert und danach durch Verdampfung getrocknet Die ebenfalls verwendeten Glassubstratc wurden vor der Aufdampfung auf eine Temperatui von 250° C erhitzt

Die kristalline Struktur einer mit Gadolinium dotierten Schicht ist die gleiche, wie die einer reiner Europium-Oxyd-Schicht Dies wurde mit Hilfe einei Röntgenstrahlen-Diffraktions-Messung ermittelt Dai atomare Verhältnis von Gd zu Eu wurde angenäher mit 0,013 bestimmt durch Röntgenstrahlen-Fluores zenz. Ein Oberflächenschliffbfld eines Querschnitte durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Schieb zeigt, daß die Schicht offensichtlich säulenartig ge wachsen ist bei einem Säulendurchmesser von etwi 500 bis 1000 A.

Die Fi g. 2 zeigt die Ergebnisse der Messung de magnetischen Momente in Abhängigkeit von de

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Temperatur für eine typische Gd-dotierte EuO- tation rasch gegen Null. Die Verschiebung des Maxi-Schicht. Zu der aus Fig. 2 ersichtlichen Darstellung malwertes der Rotation mit Veränderung der Temist zu bemerken, daß sich die Magnetisierung bei An- peratur ist ähnlich der Verschiebung der optischen legen sehr starker Felder auch über 160⁰K aus- Absorption, die in einem späteren Absatz beschrieber dehnt. Die magnetooptischen Messungen bei Vorhan- 5 wird.

denscin eines Null-Feldes zeigen, daß die Curietem- Die Temperaturabhängigkeit der Faraday-Rotation peraturbe. 140 Kl.egt. _{wurdc bci} Verwendung eines festen Einfallwinkels Europ.um-Oxyd .st eine isolierende Verbindung, von 20° und bei einer Wellenlänge von λ = 0,6328 μ die bei Raumtemperatur einen spezifischen Wider- geprüft. Es wurde hierzu ein Helium-Neon-Laser verstand von 10» Ω-cm aufweist. Durch Hmzufugung von ₁₀ wendet. Die dabei erhaltenen Resultate sind aus dre.wert.gen Gd" -Ionen fallt der spezifische Wi- Fig. 4 zu ersehen. Die Doppelrotation mit remanen-

Sa von ri^₊ H τ T \ Γ ^ ^dC" '" ^Ma8^nc^ierung ist mit ll>_R bezeichnet. Die Ro-

Beitrag vo_n Gd^ zu den Leitungselektronen zu- tation fällt mit sich erhöhender Temperatur schnell

rucKzuiunren ist. ..... , ^ab· ^Die Sättigungsrotation liegt bei einem angelegten

wunlTfth^r ^derstandderdff^en dichten ₁₅ Feld von < 400 Oe bei 160* K und die remanente

wurde auf Substraten gemessen, auf denen vor Auf- Rotation bei 140' K

dampfung der Europium-Oxyd-Schicht zum Zwecke η;,* ^_P„ Pff l.. \* j · ■ t .

der Strom- und Spannungsmessung vier Goldkon- ^^-Effekt-Messung wurde mit einem festen

takte aufgebracht worden^arer, Die Temp atur- am Ä? T - '"T^ ^D,^{ie Ρ}™1? ^WUrde

abhängigkeit des spezifischen Widerstandes^Pist aus ,o ™_rt^pf" ^_n ^doPPJ wandigen Kupfergefaße. mon-

Fie 1 zu prsphpn rw Mnvimni,„or. r ♦ ι ^{ne dunne} Schicht von Gallium wurde zwi-

Γθθ⁸ό K und be^r ^tXSü-^Te bn 's VS? f'Z ^{das SubStrat Und die} Kupferoberf.äche ge-

der Europium-Oxvd-Schich,TnJnL?! ^aclu, ^{um e},^ine gute Wärmeleitung herzustellen. Dar-

flussiger

^{einer reinen e}-^™^- ·* «ää^^^

Messungen der longitudinalen Farad.v-Rot.tion SeT γΓκΤρΪ Ϊ' '* Ä"'""? L" ^V ^n

der longitudinalen Kerr-Rotalion und des 'transversal £i ^₄ ^Kerr-^Ef(^{ckte erhohen sich stark v0}" ° Ien Kerr-Effektes wurden benutzt, um die magneto- , r «« ' ^{μ ZU} _f ^emem P^0Sltiven Maximum bei

optischen Eigenschaften der Schicht festzustellen 30 Jl J¹S* ^μ\Ζ°™^uf"ⁿ geller Abfal folgt. Be.

(Fig 4) "" ^υ>(" l·^{1 tritt ein} Vorzeichenwechsel ein, wonach

Die longitudinal Faraday-Rotation 2 Φ ist defi- idchTwirf^T ^ ^BT^ ^V°" ^ ^ T niert durch die Rotation der Polarisationsebene hei η id ? ^{Maxima d}er longitudinalen Kerreiner Umschaltung der Magnetisierun aus _der Rich ^'^on sind + 4,5 und - 3,8 «>.
tung -M_s in die Richtung +M_s. Bei einem Um- ₃, ,· ^{CT lransvcrsa}Ie Kerr-Effekt, der in Fig. 5 für schaltfeld von H = ±400 Oe wurde 2 Φ im Wellen ΓΤ ^p.^olansiertes Phosphor-Licht dargestellt ist, ist längenbereich von 0,4 μ bis 1,15 μ bei verschiedenen r , Υ?^Γ™^{1ηΐίϊ der} Intensitätsänderung des reflek-Temperaturen und bei verschiedenen Einfallwinkeln Ii, }* ■ ' ^{wenn die} Magnetisierung aus der Θ, zwischen der Schichtnormale und dem einfallen ^M'^nus;^SaU'gung in die Plus-Sättigung bei H = 200Oe den Licht- bzw. Elektronenstrahl gemessen Bei 40 ⁶ a * ^{ZU der reflektierten} Lichtintensität einem gegebenen Temperaturwert Γ und einer ne f^ln.^{er dema}ß^nctlsierten Probe definiert. Für linear pogebenen Wellenlänge λ vergrößert sich die Rotation ^lansicrtes Phosphor-Licht liegt die Polarisationsmit Erhöhung von Θ,, Zum Beispiel wurde für ein_P ? ^{paralIel zur} Richtung der Ausbr:itung, und für Schicht von 4000 A Dicke bei T^ 10° K und ·^{Γ polansiertes} Schwefel-Licht liegt die Polari-A = 0,6328 μ eine Erhöhung der Rotation von 1 7 « ,^n ^ rechtwinklig zur Richtung der Ausbreiauf 6.8° festgestellt, wenn der Einfallwinkel von i'fl π'■ ? ^Venvendung von linear polarisiertem Schweauf 50° vergrößert wird. Es besteht angenähert die ^tcl'^Ll^{cht wurd}e kein Effekt beobachtet. Die maxi-Beziehung Φ = 9,5 sin Θ, für θ 50° ^a' ^festeestellten Werte sind + 0,38 für ; = 0,576 μ

Die spezifische Faraday-Rotation, die durch das "^nd -°'²⁸.^für A = 0,83 μ. Diese Werte sind größer

Verhältnis des Rotationswertes zur Schichtdicke Ho _e„ d · · ,^{VOn bekann}ten magnetoopüschen Materialien.

finiert ist, ist bei der Schicht im wesentlichen Se ^Bf ^P'^{elsweise h}* Fe einen Wert 2^ = 0,002 und

gleiche wie bei einer reinen EuO-Schicht Bei einem τ ^«netemperatur von annähernd 1000° K.

Einfallwinkel von 20° haben die dotierten Schichten · ^In.^rf"^{em Eu}O wird das starke Absorptionsband

eine spezifische Rotation 1 · 10«» pro cm. Auf Grund "" ^SIf^htbaren Spektrum einem Elektronenübergang

der diesbezüglichen Ähnlichkeit der dotierten Schich π ν· * ^4f" ^{m den 5d}-Schalen zugeschrieben. Der

ten und der reinen Europium-Oxyd-Schichten kann w« . Absorption in Abhängigkeit von der

eine maximale spezifische Rotation bei Normaleinfall .V^ellenlanie ist aus F i g. 6 ersichtlich. Die Absorp-

des Energiestrahles mit etwa 5 · 10* Grad pro cm ?f T ^{bei einer auf ein}&m geschmolzenen Qnarz

Ui den dotierten Schichten erwartet werden aufgedampften dotierten Schicht mit Hilfe eines Spek- Die Abhängigkeit der longitudinalen Faraday-Ro- 60 Y?;P^hotometers bei Normaleinfall untersucht Die

tation von der Wellenlänge ist für eine 4000 A dicke «„ V^ ^{der Proben} ™* ™ Wellenlängenbereich

I ίίϋί¹ · ' ^g: S**?*****· I» sichtbaren Teil 5« Sl ' ^\$^{4 μ m 06211}S ** «° Referenz-Substrat

Spekttums !st em Maximalwert der positiven Rotation 5^?-· Ρ?.^{β F}' S- 6 zeigt die dabei erhaltenen Re-

undλ = 0,625 μ bei 63° K liegt Die Rotation kehrt 6_S Sf^IfL ^maSnetischen und magnetooptischen

ihr Vorzeichen etwa bei λ = 0,86 μ um und erreicht ^Γ*³^^{11 fest}««teüt wurden. Verschiedene Ab-

ein negatives Maximum von 3,6° bei λ = 0,93 » bei "Π*°ηβΙ«Μη, die in den dotierten Schichten vor-

erner Temperatur von 10°K. Hiernach geht die R^ Sf ^smd; ^we«ien ausgeprägter bei Verwendung

nieangerer Temperaturen. In den dotierten Schichten

ist die Verschiebung der Grenze des Absorptionsbandes sehr ähnlich der in reinen EuO-Schichten. Jedoch beginnt bei Temperaluren unterhalb der Curielemperatur ein um 0,4 μ zentriertes Absorptionsband im Umfang des Hauptbandes zu wachsen. Die Bandkantenverschiebung, die von einer leichten Verringerung der Absorption begleitet wird, in den roten Bereich bei niedrigeren Temperaturen wurde in reinem, massivem Europium-Oxyd beobachtet, wobei das einzelne Absorptionsband bis herunter zu 8° K auftrat.

Die quasistatischen Schalteigenschaften der Schichten wurden durch Untersuchung der Hysteresisschleife bei Anlegen eines sich langsam verändernden, wenigstens aus zwei Vektoren zusammengesetzten Feldes in Schichlebene gemessen. Die Feldveränderung erfolgte in Perioden von annähernd 4 Sekunden. Das mit Hilfe einer Detektoreinrichtung gewonnene Ausgangssignal wurde auf einem Kathodenstrahlschirm sichtbar gemacht.

Die Hysteresisschleife hatte eine ähnliche Form wie diejenige einer reinen EuO-Schicht. Die Koerzitivkraft ist unabhängig von der Schichtdicke in einem dicken Bereich bis zu 1 μ. Wie im Falle einer reinen EuO-Schicht wird die Koerzitivkraft stark beeinflußt durch das Substratmaterial. Zum Beispiel ist H₁. 120 Oe für ein Substrat aus geschmolzenem Quarz

und 60 Oe für Glas. Die Differenz ergibt sich hauptsächlich durch die Spannung in den Schichten, die durch den Unterschied der Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten von Schicht und Substrat bewirkt wird. S Die Rechteckigkeit der Schleife, die durch das Verhältnis von Sättigungsroiation zu remanenter Rotation definiert ist, hat den Wert 0,75 nahe 10° K, und sinkt auf 0,5 bei 80° K ab, wie aus F i g. 5 zu ersehen ist.
Die beschriebene Schicht wird in einem mit Hilfe

ίο eines Licht- oder Elektronenstrahles adressierbaren Speicher verwendet. In diesem Speicher wird die dotierte Schicht in einer oder mehreren Lagen benachbart einer anderen Magnetschicht angeordnet, die aus einem weicheren Magnetmaterial besteht. Die Umschaltung einer weichen Schicht während der Schreiboperation verbessert die Umschaltung der Magnetisierung in der dotierten Schicht aus der einen Magnetisierungsrichtung in die andere Magnetisierungsrichtung zum Zwecke einer Einstellung oder Änderung des Speicherzustandes. Die Schicht kann in einem Dickenbereich von 3000 bis 50 000 A ausgebildet sein. Sofern die Schicht aus Europium-Oxyd besteht, kann sie eine Dicke zwischen 150 und 50 000 A haben. Bei der Verwendung in einem durch einen Licht- oder Elektronenstrahl adressierten Speicher wird eine Dicke zwischen 1000 und 4000 A bevorzugt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, da- Patentansprüche· durch gekennzeichnet, daß Eu und die gemisch- i mV, ·. y ■ ^ Oxyde gleichzeitig auf das Substrat aufge-

1. Magnetooptische Schicht, insbesondere für dampft werden. . . _n ,„ ,
Datenspeicher, dadurch gekennzeichnet, 5 14 Ver fahren nach Anspruch 11 ο der 12 dadaß ein aus e nem Seltene-Erde-Oxyd bestehen- durch gekennzeichnet, daGi Eu und die gemischten des, eine kristalline Gitterstruktur aufweisendes Oxyde nacheinander «ι,abwechselnden Schichten Trägermaterial vorgesehen ist, das durch gleich- auf das Substrat aufgedampft werden und daß fönrüge Dispersion mit wenigstens einem EIe- danach eine Erhitzung erfolgt, um durch chement der Gruppe Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, » mische Reaktion EuO zu erzeugen

Eu, Gd, Tb, Dy, Ho Er, Tm, Yb und Lu dotiert 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch ge-

ist, und daß das Dotierungsmittel ein atomares kennzeichnet, daß die Schichten etwa 100 A dick

Verhältnis zu dem Seltene-Erde-Element im Be- sind,

reich ven etwa 1:1000 bis 1:10 aufweist.

2. Magnetooptische Schicht nach Anspruch 1, 15
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial

aus EuO besteht. , , . ,, . , , .

3. Magnetooptische Schicht nach Anspruch 1 Die Erfindung bezieht sich auf eine magneto- und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotie- . optische Schicht, die insbesondere fur Datenspeicher rungsmittel in Form von wenigstens dreiwertigen *° geeignet ist, und auf ein Verfahren zur Herstellung Ionen dispergiert wird. derartiger Schichten.

4. Magnetooptische Schicht nach einem der Für die Verwendung in magnetoeptischen Daten-Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß speichern haben sich Europium-Schichten wegen ihrer das Trägermaterial aus EuO besteht und daß als günstigen magnetischen und magnetooptischen Eigen-Dotierungsmittel ein (RE)+ + + dient, das aus der 25 schäften als brauchbar erwiesen. Derartige Speicher Gruppe von Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, bestehen aus einer Schicht aus einem magnetoopti-Ty, Ho, Er, Tm, Tb und Lu ausgewählt ist. sehen Material, die auf einem vorzugsweise durch-

5. Magnetooptische Schicht nach Anspruch 4, sichtigen Träger aufgebracht ist. Zur Adressierung dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial der Speicherpositionen auf der Schicht dient ein aus EuO besteht und daß das Dotierungsmittel 30 Laser- oder Elektronenstrahl, der mit Hilfe einer Abaus der Gruppe von Gd, Ho und Y ausgewählt lenkvorrichtung auf jeden Bereich der Schicht ein-HvJ_nJ_-stellbar ist. Bei einer Einschreiboperation wird durch

6." Magnetooptische Schicht nach einem der Einwirkung des Laser- oder Elektronenstrahles ein Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die adressierte Speicherposition darstellender Bereich das Trägermaterial aus EuO besteht und daß als 35 der Schicht auf eine Temperatur oberhalb der Curie-Dotierungsmittel metallisches Eu dient. temperatur erhitzt. Ein gleichzeitig m Schichtebene

7. Magnetooptische Schicht nach einem der angelegtes Magnetfeld, dessen Richtung von der zu Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß speichernden Binärinformation abhangig ist, bestimmt das Trägermaterial aus Eu besteht, daß als Do- die Magnetisierungsrichtung, welche die Speichertierungsmittel Gd dient und daß ein atomares 40 position nach Abschalten des Strahles einnehmen Verhältnis des Dotierungsmittels zu Eu von soll. Das Auslesen der gespeicherten Information 1: 100 vorgesehen ist. kann durch Auswertung der Polarisationsebene eines

8. Magnetooptische Schicht nach einem der von der Schicht an der adressierten Stelle reflektier-Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ten oder hindurchgelassenen Lichtstrahles erfolgen, die Schicht als Speichermedium in einem durch 45 Die Abhängigkeit der Polarisationsebene des an der Verwendung eines Licht- oder Elektronenstrahls Schicht reflektierten oder durch diese hindurchtreadressierbaren magnetischen Speichers dient. tenden Lichtes von der jeweiligen Magnetisierungs-

9. Magnetooptische Schicht nach Anspruch 8, richtung bzw. die Abhängigkeit der Intensität des an dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl des der Schicht reflektierten Lichtes von der jeweiligen Dotierungsmittels aus der Gruppe von Sc, Y, La, 5° Magnetisierungsrichtung ist bei Europium-Oxyd re-Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, lativ groß. Europium-Oxyd hat jedoch den Nachteil, Vb und Lu in Abhängigkeit von der Curietempe- daß seine Curietemperatur bei 70° K liegt, weshalb tatur und der Rechteckigkeit der Hysteresis- eine aus diesem Material bestehende Speicherschicht •chleife erfolgt. eine sehr niedrige Betriebstemperatur haben muß,

10. Magnetooptische Schicht nach Anspruch 8 55 um eine sichere Arbeitsweise zu gestatten, d. h. um Und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebs- ein unerwünschtes Umschalten nichtadressierter Speitemperatur des Speichers bei 77° K liegt. cherpositionen bei Anlegen des Einschrcibfeldes zu

11. Verfahren zur Herstellung einer magneto- vermeiden. Die Betriebstemperatur sollte aus diesem optischen Schicht gemäß einem oder mehreren Grunde in der Größenordnung von 10° K liegen. Die der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, 60 Erreichung und Konstanthaltung derart niedriger daß auf ein Substrat Eu und ein Oxydgemisch Temperaturen läßt sich jedoch nur mit relativ hohem aus Eu₂O₁ und RE₂O., aus erhitzten Ouellen auf- Aufwand verwirklichen. Dagegen ist eine Temperatur gedampft werden, worin RE aus der Gruppe von von 77 ' K durch Verflüssigung von Stickstoff relativ Sc, Y, La, Cc, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, leicht herstellbar.

Ho, Pr, Tm. Yb und Lu ausgewählt wird. 65 Es sind auch bereits Untersuchungen über den

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gc- Ferromagnetismus von verschiedenen Europium-Verkennzeichnet, daß RE aus der Gruppe von Gd, bindungen durchgeführt worden (Journal of Applied Ho und Y ausgewählt wird. Physics, Vol. 35, Nr. 3, 1964, S. 984 bis 988). Dabei