DE1796116C3 - Verwendung eines ferrimagnetischen Materials zur Strahlendetektion und zum Speichern von Informationen - Google Patents

Description

Als magnetisierbares Material zum Anzeigen und/ oder Aufzeichnen elektromagnetischer Strahlung, dessen magnetische Eigenschaften durch diese Strahlung beeinflußbar sind, ist beispielsweise MnBi bekannt (I. E. E. E. Transactions on Magnetics, März 1967, S. 73 ff.). Die magnetische Eigenschaft, die beeinflußt wird, ist die Koerzitivkraft. Durch Einstrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise mit Hilfe eines Laserstrahles, kann eine magnetinierte Schicht örtlich bis über ihre Curietemperatur erhitzt werden. Beim Überschreiten dieser Temperatur weist der Werkstoff keine Koerzitivkraft mehr auf.

Diese Beeinflussung läßt sich nach der genannten Veröffentlichung für Anzeige- oder A,ufzeichnungszwecke anwenden. Eine in nur einer Richtung magnetisierte Schicht MnBi wird örtlich bis über ihre Curietemperatur erhitzt. Diese Erhitzung erfolgt durch Bestrahlung und geschieht in einem Magnetfeld, dessen Richtung von der der Magnetisierung in der Schicht verschieden ist. Je nachdem die Temperatur steigt, nimmt das magnetische Moment in der Schicht an dieser Stelle ab, so daß von einer bestimmten Temperatur an das äußere angelegte Feld die Magnetisierungsrichtung in die Richtung dieses Feldes drehen wird. Wenn danach die Strahlung weggenommen wird und die Temperatur wieder sinkt, weist ein unter den genannten Umständen bestrahltes Gebiet eine Magnetisierung auf, die von der der Umgebung dieses Gebietes verschieden ist.

Dieses bekannte Aufzeichnungsverfahren hat im Vergleich mit dem Aufzeichnungsverfahren, bei dem mit Hilfe eines Magnetkopfes ein gegenüber diesem Kopf sich bewegender magnetisierbarer Aufzeichnungsträger beschrieben wird, viele Vorteile, wie eine zehn- bis hundertfach höhere Aufzeichnungsgeschwindigkeit und eine erreichbare ca. 30fach höhere Bitdichte. Die maximal erreichbare Bitdichte wird insbesondere durch die Wärmeleitfähigkeit in der

ίο Schicht begrenzt. Durch diese Leitfähigkeit wird sich nämlich das erhitzte Gebiet über das bestrahlte Gebiet heraus ausdehnen, wodurch nützliche Aufzeichnungsoberfläche verlorengeht. Die maximal brauchbare Aufzeichnungsgeschwindigkeit wird insbesondere durch die für die örtliche Erhitzung erforderliche Zeit begrenzt.

Die in der US-PS 3156651 angegebenen ferrimagnetischen Materialien dienen zur Drehung der Polarisationsebene eines durch sie hindurchtretenden

ao Lichtbündels unter dem Einfluß zweier magnetischer Felder. Eine Beeinflussung des Magnetmaterials durch das hindurchtretende Licht findet nicht statt. Ebensowenig kann man in diesem Fall von einer Anzeige einer elektromagnetischen Strahlung sprechen.

as Der Erfindung liegt die experimentell erhaltene Erkenntnis zugrunde, daß es möglich ist, magnetische Eigenschaften, wie Anisotropiefeld, Koerzitivkraft und magnetische Permeabilität bestimmter Materialien durch Einstrahlung elektromagnetischer Strah-

lung bleibend zu ändern. Es hat sich herausgestellt, daß durch die Einstrahlung das Anisotropiefeld sowie die Koerzitivkraft erhöht wird, während die Permeabilität erniedrigt wird. Ein derartiger Effekt kann als Giundlage für ein völlig neues System für photomagnetische Aufzeichnung dienen.

Die Erfindung bezieht sich somit auf die Verwendung eines ferrimagneuschen Materials mit Granat-, Spinell- oder hexagonaler Kristallstruktur, bei dem mindestens 80% der im Kristaljgitter vorhandenen Eisenionen dreiwertig und der Rest zweiwertig ist, zur Strahlendetektion und zum Speichern von Informationen durch Bestrahlen des Materials mit einer für dieses transparenten elektromagnetischen Strahlung einer Intensität, die praktisch keine Erhitzung des Materials hervorruft, wodurch eine nach Beendigung der Bestrahlung bleibende Änderung des Anisotropiefeldes, der Koerzitivkraft und/oder der Permeabilität des Materials auftritt.
Da diese Bestrahlung praktisch keine Erhitzung des Materials hervorruft, tritt der obengenannte Nachteil infolge Wärmeleitfähigkeit nicht auf, so daß eine größere Bitdichte erhalten werden kann. Auch wird die Aufzeichnungsgeschwindigkeit zunehmen können, da das Hervorrufen des genannten Effektes praktisch keine Zeit beansprucht.

Zugleich hat es sich herausgestellt, daß die Bestrahlung eine integrierende Wirkung hat, d. h., daß je länger belichtet wird, der beobachtete Effekt zunimmt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil im Vergleich

fio zu dem bekannten thermomagnetischen Aufzeichnungsverfahren. Ein System für photomagnetische Aufzeichnung, basierend auf der Erkenntnis nach der Erfindung, kann nämlich nicht nur für digitale, sondern auch für analoge Aufzeichnung angewandt werden.

Es wurden beispielsweise Versuche mit

gemacht. Diese Verbindung, die auch durch die ehe-

mische Formel YjFe^'+iSiFe*+),,.^ dargestellt werden kann, enthält sowohl zweiwertige als auch dreiwertige Fe-Ionen. Wenn ein derartiges Granat in seiner kristallographischen (111)-Richtung (einer magnetischen Vorzugsrichtung) magnetisiert wird, werden die vorhandenen freien Eiektronen durch Diffusion innerhalb des Gitters eine dieser Magnetisierung angepaßte Lage wählen, so daß die freie Energie so klein wie möglich wird. Unter diesen Umständen wird das Granat auf beispielsweise 20° K abgekühlt. Wenn nun anstatt der (lll)-Richtung ein Feld in (11T)-Richtung angelegt wird, ergibt sich, daß das magnetische Anisotropiefeld in dieser (11T)-Richtung kleiner ist als in der (Hl)-Richtung. Der Unterschied beträgt ca. 170Oe. Dieses Ergebnis wurde bereits früher bei derartigen Verbindungen gefunden.

gemessen. Danach warde der Körper mit einer elektromagnetischen Strahlung mit einer maximalen Wellenlänge von ca. 1,5 μ und einer Intensität an der Oberfläche von ca. lO^W/cm² bestrahlt. Es stellte sich heraus, daß die magnetische Permeabilität langsam abnahm, bis diese nach 3 mm aut ca. gesunken war.

In der grafischen 1

gegeben, wie das _tt als Funktion der

wenn jede Minute ein Lichtstrahlungsbhtz mit einer

Blitzdauer von 10~² see daraufgestrahlt wird.

Ein dritter Versuch, ebenfalls mit einem im Dunkeln gekühlten (bis 77° K) Y₃Fe_4-95 ³⁺(SiFe'- )₀,,,f Körper, zeigt, daß die
magnetischen Strahlung 1
tivkraft erhöht. Siehe

^e?yÄDarste„ng nach Fi, 1 ist für den oben beschriebenen Fall mit der Kurve (_Sl) das Magnetfeld angegeben, das in der (11T)-Richtung angelegt werden muß, um magnetische Resonanz in Abhängigkeit von der Zeit zu erhalten. Es stellt sich heraus, daß dieses angelegte Resonanzfeld mit der Zeit abnimmt, was einer gleich großen Steigung des Anisotropiefeldes entspricht. Nach einer Senkung von ca. 60 Oe (und somit einer Steigung des Anisotropiefcldes um ca. 60 Oe), stabilisiert es sich auf e.nem Wert zwischen den in der (HT)- und der (Hl)-RiChtune für die Resonanz benötigten Feldern.

überraschenderweise hat es sich nun herausgestellt, daß wenn danach mit einer elektromagnetischen SttahlungniitemerWel!enlänge.J,mitO^<;i<2^, für welche Wellenlänge derartige Granate transparent kraft von ca^ 0 5 Oe

Wesenthc^^^^S^stS Arten Material besteht, ist ώf ^{diese we}^_{usion der Elek}von Ionen enüialt^undI daß fur-<te^s _müs.

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M ein ^Ε1^J^ A =
bination derselben undA

des erfindungs- _Verbf_n.

)₁, in der ode eine Kom-

₁ Ge oder Sn ist, 1,

während O <; <5< 1 und O<ε< 1 ist.

Es sei bemerkt, daß in diesem Zusammenhang auch das Element Y zu den seltenen Erden gerechnet wird.

• «».!ί,-κ» Aniso-

mit der Kurve (s₂) angegeben. Der Punkt P in der Figur ist der Punkt (i = 40 min; H — 2640Oe), an dem mit der elektromagnetischen Einstrahlung angefangen wird.

Es wurde festgestellt, daß durch die elektromagnetische Strahlung die freien Elektronen Energiequanten aufnehmen, die den Übergang Fe²⁺ :£ Fe³⁺ ermöglichten, so daß eine Wiedereinteilung der Elektronen erfolgen konnte.

Auf diese Weise stellt es sich heraus, daß es möglich ist, die elektromagnetische Strahlung mit Hilfe von durch diese Strahlung auftretenden Änderungen im magnetischen Anisotropiefeld dieses Materials aufzuzeichnen. 5£

Es sei bemerkt, daß das oben beschriebene Aufzeichnungsverfahren reversibel ist; wenn die zur Resonanz erforderliche HmD durch die Einstrahlung die Existenz von Fe*+- neben

wendig.

Insbesondere besteht das magnetisierbare Material aus Granaten mit der obengenannten chemischen Formel, in der M = Y, A = Si und d = O ist.

Eine andere Gruppe von Verbindungen, die als Materialien nach der Erfindung dienen können, besteht nach einem weiteren Kennzeichen aus einer Verbindung RFe»+₂_₄. ,A₄Fe^⁺O₄, in der R = Ni, Zn, Co, Mg, Mn oder (LiFe)₀, sein kann und wobei A = Si, Ti, Ge oder Sn ist, mit O <* <5 < 1 und O< e< 1, mit Spinellstruktur.

Unter Spinellstruktur wird eine kubische Kristallstruktur entsprechend der des Minerals Spinell mit nach der Formel MgAl₂O₄

₁₁₁₁

auf

3UH£lll£i uiuiuviiibuv .._{Ullr v}

auf den Wert H_(lu) zurückfällt, springt die W₁₁₁₁₁ den allen i/(in)-Wert zurück. Im wesentlichen gilt diese Reversibilität also auch für die Anisotropiefelder in der (HT)- und (lll)-Richtung. Ein zweiter Versuch wurde mit *acn «.«au weiteren Kennzeichnen des erfindungsgemäßen Materials besteht dieses aus einer Verbindung der chemischen Formel

, ^,A₀Fe₁ ²⁺O₁₉,

Ό.0

,,O₁₂

durchgeführt. Ein daraus bestehender KöYper wurde im Dunkeln auf 77° K abgekühlt und entmagnetisiert. Es wurde eine magnetische Permeabilität μ von ca.

in der E = Pb, Sr oder Ba ist und A = Si, Ti, Ge oder Sn ist, mit O <Ξ <5< 1 und O <C t< 1, mit hexagonaler Kristallstruktur.

Wesentlich zum Auftreten einer magnetischen Anisotropie ist das Einführen von Fe² + -Ionen in Verbindung mit einer Zusammensetzung nach der Formel M₃Fe₅O₁₂, in der M ein Element der sei-

τ- a A_or ,»;„.» Knmhination derselben ist, spielsweise das Aufzeichnungsmedium, jetzt, wo es

^teT £Forme^FeO* derS«2Tder Eid nach jeder Aufzeichnung gelöscht werden kann und

nach der Formel ^°ft^J£ "^ _{ist> oder} folglich nicht nur einmalig verwendbar ist, die Form

""Th der Fo?mef EF O in der E = Pb, Sr oder Ba einer dünnen Schicht, die auf die Innenseite e.ner

nach der ^Fo™^e^«"j^™ ^nannten Art wird ein 5 halben Hohlkugel angebracht ist, aufweisen, wobei

TtfÄSSÄ* Ä'enISeUt, wo- sich der drehe/de Kriftall im primären Röntgenbün-

leu aer re im Fe»+-Ionen in Fe²⁺- del im Mittelpunkt der Kugel befindet.

ioTen überSht tη witeres vSahre"zum Errei- Eine Vorrichtung zum photomagnetischen Auf-

chendSSles besteht darin, daß eine Verbin- zeichnen von elektromagnetischen S.gnakn mit Hilfe

<£Z deLSnnten Art durch Erhitzmng reduziert xo eines magnetisierbaren Werkstoffes ist beispielsweise

S Durch^ Ss Erhitzen ^irf Sauerstoff entwei- dadurch gekennzeichnet, daß sich im Betneb dieser

wird. Durch ^ses trnuzen Werkstoff in einem Magnetfeld befindet, dessen

WenT be? £ vSSfiTiS der Erfindung Stärke zwischen der Koerzitivkraft des unbelichteten

die Abzeichnung Γ» dls Faradayschen Effek- und der des belichteten Werkstoffes hegt und deren

tt Vdesen w"rf wtrd während oder nach der Be- ₁₅ Richtung von der Richtung der Magnetisierung des

tes gelesen wira, wiru w _{M tfeld} gebracht, unbelichteten Werkstoffes abweicht.

Strahlung das ^f "al m ein M^etfeld geDra ^^ _{lswdse m Fom dner}

SJ?G^«EÄ5U^ Ri^tung dünnen Schicht einer elektromagnetischen Strahlung

als ihre Umgebung aufweisen. Eine geeignete Vor- - die beispielsweise von einem Laserstrahl her-

rich ung wdft dazu das Kennzeichen auf, daß sich ·. rührt - ausgesetzt _WIrf, wird ebenso wie in der

Ser WerkS in ehiem Magnetfeld befindet, dessen oben beschriebenen Vorrichtung an der Stelle, an der

Stärke zwischen der Koerzitivkraft des unbelichteten die Strahlung konzentriert ist, eine höhere Koerzitiv-

nnd Her des belichteten Werkstoffes liegt und dessen kraft entstehen als im umringenden Gebiet. Ein da-

mchfung vo^ der Stung der Magmftisierung des nach angelegtes Magnetfeld mit einer derartigen

unbeleuchteten Werkstoffes abweicht Dazu sei be- a₅ Stärke, daß die Magnetisierung in den unbelichteten

merkt daß vor dem Beuchten der Werkstoff entweder Gebieten gerichtet werden kann wahrend die Ma-

völlitr entmagnetisiert oder in nur einer Richtung ma- gnetisierung in den belichteten Gebieten durch die an

völlig entmagnetisiert oaer m ₆ ^^ ^^ _{vorhandene höhere} Koerzitivkraft nicht

⁸¹¹DaDd kann beispielsweise an Vorrichtungen zum gerichtet werden kann, wird in der Schicht ein Muster Aufzeichnen von Infrarot- und Röntgenstrahlen ge- 30 magnetisch nicht gerichteter »Inseln« (die belichteten dacht werden wobei Bilder dieser Strahlen in sieht- Teile) in einem gerichteten (die unbelichteten Teile) bare Bilder umgewandelt werden können. Dabei kann »Meer« hervorrufen. . .

dann zugleich mit Vorteil der integrierende Effekt Bekannthcn kann ein derartiges magnetisches Mu-

der Strahlung benutzt werfen, wodurch Änderungen ster beispielsweise mit Hilfe des Faradayschen Effekin H und μ von der Intensität der Einstrahlung ab- 35 tes gelesen werden, entweder in Reflexion oder m hängig sind Dadurch, daß während der Belichtung Übertragung.

mit Infrarot- oder Röntgenstrahlung oder unmittel- Dadurch, daß die dünne Schicht erhitzt wird auf

bar nachher die magnetische Feldrichitung gegenüber eine Temperatur, bei der die thermische Energie der der vor der Beleuchtung herrschendem Richtung ge- Elektronen groß genug ist, kann das magnetische ändert wird wird das Bildmuster in ein Magnetisie- 4» Aufzeichnungsmuster wieder von der dünnen Schicht rungsmuster umgewandelt Die magnetische Feld- entfernt werden

stärke muß dazu in einer derartigen Größe sein, daß In einer derartigen photomagnetischen Vornch-

die Magnetisierung in den unbelichteten Teilen wohl tung mit einer bewegbaren dünnen Schicht kann

und in den belichteten Teilen nicht in die neue Feld- diese Schicht, auch bevor die Einstrahlung erfolgt,

richtung mitdreht. Dieses Magnetisierongsmuster wird 45 durch ein auf diese Schicht einwirkendes erstes Ma-

mit Hilfe des Faradayschen Effektes sichtbar ge- gnetfeld in einer Richtung, die von der des wahrend

ma-ht Durch Benutzung polarisierten Lichtes und oder nach der Einstrahlung anzulegenden Feldes ab-

durch' Betrachtung des reflektiertem BUdes durch weicht, vormagnetisiert werfen.

einen Analysator wirf das Magneiisierungsmuster Im Vergleich mit den thermischen magnetischen

wieder als ein Helligkeitsmuster gesehen. Auch wird 50 Aufzeichnungsverfahren auf einer Schicht aus MnBi

eine Löschphase eingeführt werfen müssen, in der treten die folgenden Vorteile der erfindungsgemäßen

der ferromagnetische Werkstoff (meistens in Form Aufzeichnungsvorrichtung deutlich hervor.

einer dünnen Schicht) durch Erwärmung oder durch 1. Beim Erwärmen des MnBi wirf sich die Erwar-

ein schnelles Wechselfeld gelöscht werfen muß. mang nicht auf das bestrahlte Gebiet beschränken;

Wenn nach dem Aufzeichnen und Lesen nicht 55 diese Wärmeleitfähigkeit führt zu einer Verringerung

sofort gelöscht wirf kann der photomagnetische der verfügbaren Aufzeichnungsfläche und somit zu

Werkstoff als Bildspeicher benutzt werfen. einer kleineren Bitdichte, als mit Hilfe einer erfin-

Auch kann an die Anwendung einer Vorrichtung dungsgemäßen photomagnetischen Vorrichtung er

nach der Erfindung für die Sichtbarmachung eines reichbar ist.

Röntgendiffraktionsmusters gedacht werden. Im Ver- 60 2. Da die örtliche Erwärmung von MnBt einig« gleich mit den üblichen Aufzeichnungsvorrichtungen, Zeit beansprucht, während die Anregung der Elek bei denen auf einer photographischen Platte aufge- tronen in den erfindungsgemäßen Werkstoffen nahezi zeichnet wirf bietet die erfindungsgemäße Vornch- sofort geschieht, ist die erreichbare Aufzeichnungs tung unter anderem den großenVorteil, daß das pho- geschwindigkeit bei einer erfindungsgemäßen Vor tomagnetische Aufzeichnungsmedium auf einfache 65 richtung wesentlich größer als bei der bekannten Vor Weise wieder gelöscht werden kanin. So kann bei- richtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verwendung eines ferrimagnetischen Materials mit Granat-, Spinell- oder hexagonaler Kristallstruktur, bei dem mindestens 8O°/o der im Kristallgitter vorhandenen Eisenionen dreiwertig und der Rest zweiwertig ist, zur Strahlendetektion und zum Speichern von Informationen durch Bestrahlen des Materials mit einer für dieses transparenten elektromagnetischen Strahlung einer Intensität, die praktisch keine Erhitzung des Materials hervorruft, wodurch eine nach Beendigung der Bestrahlung bleibende Änderung des Anisotropiefeldes, der Koerzitivkraft und/oder der Permeabilität des Materials auftritt.

2. Verwendung eines Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material in Verbindung M₃Fe₅ ³⁺ __a_,(A^e₄ ²⁺)O₁₂, in der M ein Element der seltenen Erden oder eine Kombination derselben und A = Si, Ti, Ge oder Sn darstellt, während O^ <5< 1 und Ο<ε< 1 ist, verwendet wird.

3. Verwendung eines Materials nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß M = Y, A = Si und δ = O ist.

4. Verwendung eines Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material der Verbindung RFe³⁺ ₂_i_,A,Fe²⁺O₄ mit Spinellstruktur, in der R = Ni, Zn, Co, Mg, Mn oder (LiFe)_{0 5} und in der A = Si, Ti, Ge oder Sn und O fS δ <C 1 und O < ε < 1 ist, verwendet wird.

5. Verwendung eines Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material der Verbindung EFe³⁺ ₁₂._ä.,AjFe₁ ²⁺O₁₉ mit hexagonaler Struktur, in der E = Pb, Sr oder Ba und A = Si, Ti, Ge oder Sn ist und O ^ δ < 1 und 0< e< 1 ist, verwendet wird.