DE1957755A1 - Film zur magnetischen Datenaufzeichnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Eisen-Rhodium-IPilme die beim Erhitzen einen praktisch vollständigen Übergang erster Ordnung zwischen dem magnetischen und nichtmagnetischen Zustand aufweisen, sowie Verfahren.zur Herstellung solcher Filme. Diese Filme eignen sich insbesondere zur Aufzeichnung digitaler Information durch ein eindeutiges Aufzeichnungsschema, bei dem Information dadurch gespeichert wird, daß einzelne Bereiche in den magnetischen Zustand übergeführt werden, und nicht durch die relative Ausrichtung der Magnetisierung in ausgewählten Bereichen des vollständig magnetisieren Films. Die vorliegende Erfindung ergab sioh aus Untersuchungen, die im Auftrag der "Air Force" durchgeführt wurden.

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Patentanwalt* Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtfch.-lng. Axel Hantmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

• MÖNCHEN 2,THfIIfSIENSTRASSf 33 · T.Won. 21U02 · T«ltflramm-AdrM»< Lipatli/MOnchin lay«. VfttinilMnk MOndim, Zwtiflil. Otkar-von-Mllltr-Rlna, Kto.-Nr. SK 499 · Poitichtdi-Kontoi MOnchfn Nr. 143397

OppttmurBöröi PATENTANWALT Dft. REINHOLD SCHMIDT

Die intermetallische Eisen-Rhodium-Verbindung stellt einen wissenschaftlichen Sonderfall dar, da das. Grundmaterial beim Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb etwa 60 C augenblicklich aus dem antiferromagnetischen in den ferromagnetische!] Zustand übergeht. Die nach herkömmlichen Herstellungsverfahren bisher hergestellten Filme aus dieser Legierung zeigten jedoch eine breite thermische Hysterese (im Gegensatz zu der schmalen thermischen Hysterese von etwa 10⁰C, die das gut geglühte Grundmaterial zeigt) und ergaben beim Abkühlen nur einen teilweisen Übergang in den antiferromagnetischen Zustand. Diese Ergebnisse wurden im "Journal of Applied Physics", Vol. 37, No.3, 1483-H84 vom 1. März 1966 veröffentlicht. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabenstellung zugrunde, einen dünnen Eisen-Rhodium-Film zu schaffen, der eine breite thermische Hysterese und einen prozentual hohen Übergang zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetischen Zustand aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung' eines solchen Films.

Die Übergangscharakteristik erster Ordnung des Films gestattet die Aufzeichnung digitaler Information nach neuartigen Verfahren. Bisher wurde digitale Information beispielsweise durch die Orientierung der magnetischen Bezirke ausgewählter Bereiche in einer vorgegebenen Richtung auf magnetischen Materialien aufgezeichnet. Als Beispiel für diese bisherigen Verfahren sei die ^MCuriepunkt-Aufzeichnung" erwähnt, wobei Information durch Ausrichtung der Magnetisierung selek-

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tiv bis über die Curietemperatur erhitzter Bereiche des magnetischen Films und durch Kühlen des Films in Gegenwart eines ausrichtenden Magnetfelds gespeichert wird. Die Information kann dann mit Hilfe des'magneto-optischen Kerr- oder Faradayeffekt s ausgelesen werden. Ähnlich ist es bei der "Kompensationspunktaufzeichnung", bei der ausgewählte Bereiche'eines Films aus Gadolinium-Eisen-Granat durch einen Laser oder Elektronenstrahl erhitzt und dadurch die Koerzitivkraft der erhitzten Bereiche erniedrigt wird, so daß die Ausrichtung der 'Magnetisierung der erhitzten Bereiche bei Anlegen eines äußeren Feldes ermöglicht wird.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabenstellung zugrunde, ein neuartiges digitales Aufzeichnungsverfahren zu schaffen, bei dem die Information thermisch aufgezeichnet wird, und zwar durch Umwandlung ausgewählter Bereiche eines Aufzeichnungsfilms zwischen dem magnetischen und nicht-magnetischen Zustand in einem Übergang erster Ordnung.

Es soll weiterhin ein neuartiges Aufzeichnungsmedium zum Speichern digitaler Information gemäß den erfindungsgemäßen Aufzeichnungsverfahren geschaffen werden.

Es soll weiterhin ein Aufzeichnungsmedium geschaffen werden, bei dem der Ferromagnetismus mechanisch gelöscht werden kann.

Zur Lösung der Aufgabenstellung wird ein dünner, z. B. weniger als 2,5«10~⁵cm (1 mil), Eisen-Ehodium-Film verwendet, dessen Zusammensetzung bei etwa 50-65 Atom# Rhodium

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liegt und einen übergang erster Ordnung zwischen dem ferromagnetisehen und antiferromagnetischen Zustand aufweist, wobei mehr als 50$ des Films eine Zustandsänderung erfahren, wenn die Temperatur die thermische Hysteresisschleife zyklisch durchläuft. Mir einen passenden thermischen Toleranzbereich bei der Aufzeichnung besitzt der Film vorzugsweise eine thermische Hysteresisschleife, deren Breite bei der mittleren Magnetisierung des Films zwischen 1O⁰C und 200⁰C liegt.

Eisen-Rhodium-Filme mit diesen Eigenschaften lassen

' sich im allgemeinen dadurch herstellen, daß ein üblicher Eisen-Ehodium-Film, z. B. mit 50-65 Atom$ Rhodium und einer thermischen Hysterese von mehr als 50 C bei einer Zustandsänderung von weniger als 50$ des Films zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetischen Zustand bei zyklischer Wärmebehandlung, in eine Atmosphäre gebracht wird, die mehr als 10 ppm (Teile pro Million) Sauerstoff enthält, um den Film in dieser partiellen Sauerstoffatmosphäre zu glühen, wodurch der Anteil des Films, der eine Zustandsänderung er-

t fährt, auf mehr als 50$ erhöht wird. Um eine breite thermische Hysterese zu erhalten, wird das Sauerstoffglühen vorzugsweise für eine Zeitdauer zwischen 5 Minuten und 4 Stunden bei einer Temperatur zwischen IQO⁰O und 800⁰C durchgeführt, wobei der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre, in der geglüht wird, weniger als etwa 1000 ppm Sauerstoff beträgt.

j Die Information wird auf das Medium digital aufge-

zeichnet, indem Bereiche des Films im nicht-magnetischen

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Zustand selektiv auf eine Temperatur aufgeheizt werden, bei der ein Übergang erster Ordnung in den magnetischen Zustand auftritt, wobei dann ein Magnetfeld angelegt wird, das die in den magnetischen Zustand übergeführten Filmbereiche magnetisiert. Die digitale Information wird also nach einem eindeutigen Verfahren gespeichert, das darin besteht, Information einer ersten Größe als magnetischen Bereich auf einem Film homogener Zusammensetzung aufzuzeichnen, während Information einer zweiten Größe als anschließender nicht-magnetischer Filmbereich aufgezeichnet wird. Die Lage der magnetisieren Filmbereiche kann dann mit einer üblichen Auslesevorrichtung, etwa durch Elektronenstrahlmikroskopie, ausgelesen werden.

Die Erfindung läßt sich folgendermaßen zusammenfassen: Dünne Eisen-Ehodium-Filme mit breiter Hysterese und Übergang erster Ordnung zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetisehen Zustand werden folgendermaßen hergestellt« Eisen- und Rhodium-Filme werden nacheinander bei einem Druck von etwa 1.10 Torr auf eine feuerfeste Trägerschicht aufgebracht; die Anordnung wird in einem Vakuum von 1*10"" Torr bei einer Temperatur von etwa 700⁰O eine Stunde lang geglüht, um eine durch Diffusion bewirkte, vollständige Vermischung der Eisenuad Bnodium-Schicbten zu erreichenj die gemischt« Schicht wird dann in einer Sauerstoffatmosphäre von mehr als 10 ppm Sauerstoff in einem thermischen Kreisprozess ein zweites Mal geglüht, indem die Anordnung langsam auf 400°0 erhitzt wird, etwa 10 Minuten lang auf 400⁰O gehalten wird und dann langsam

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auf Zimmertemperatur abgekühlt wird. Mach diesem Verfahren hergestellte Filme verwendet man vorzugsweise zur Aufzeichnung digitaler Information mittels Erhitzen einzelner Bereiche durch einen Elektronenstrahl, wodurch ein Übergang erster Ordnung in den ferromagnetischen Zustand auftritt; dann läßt man die Bereiche auf eine Vormagnetisierungstemperatur abkühlen, die etwas höher liegt, als die Temperatur für den Übergang in den antiferromagnetischen Zustand. Dann wird der gesamte Film einem Magnetfeld ausgesetzt, durch das nur diejenigen Filmbereiche magnetisiert werden, die sich im ferromagnetischen Zustand befinden; das Auslesen der aufgezeichneten Information kann durch herkömmliche Elektronenstrahlmikroskopie erfolgen. Danach kann der Ferromagnetismus auf dem Film gelöscht werden, indem der Film bis unter die Temperatur abgekühlt wird, bei der der Übergang in den antiferromagnetischen Zustand auftritt, oder aber durch eine mechanische Beanspruchung des Films.

Es folgt nun eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnungen.

Figur 1 ist ein Blockdiagramm des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Eisen-Ehodium-Films mit Übergang erster Ordnung,

Figur 2 zeigt die temperaturabhängige Änderung der Magnetisierung eines dünnen Eisen-Bhodium-Films vor dem Oxidationsglühen.

Figur 3 zeigt die temperaturabhängige Änderung der Magnetisierung eines Eisen-Rhodium-Films nach dem Oxidationsglühen gemäß der vorliegenden Erfindung.

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Figur 4 zeigt die .Änderung der Magnetisierung der Hysteresis-Breite und der prozentualen Zustandsänderung eines Eisen-Rhodium-Films in-Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt der Atmosphäre während des zweiten Glühens.

Figur 5 ist ein vergrößerter Schnitt durch ein digitales Aufzeichnungsmedium, "bei dem als Aufzeichnungsfilm der erfindungsgemäße Eisen-Rhodium-Film verwendet wird.

Figur 6 ist eine vergrößerte Darstellung eines Verfahrens zum Auslesen des Films. -

Figur 7 zeigt den Einfluß der mechanischen Beanspruchung des Eisen-Rhodiuin-Films.

Figur 8 zeigt die magnetische Feldstärke, die erforderlich ist, um eine gegebene Magnetisierung in einem erfindungsgemäßen Eisen-Rhodium-Film zu bewirken.

Figur 9 zeigt die temperaturabhängige Änderung der Magnetisierung an verschiedenen Punkten der thermischen Hysteresisschleife des Eisen-Rhodium-Films. .

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Eisen-Rhodium-Films mit breiter Hysterese und Zustandsänderung erster Ordnung zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetisehen Zustand ist allgemein in Figur 1 dargestellt. Das Verfahren besteht darin, daß zuerst ein herkömmlicher Eisen-Rhodium-Film hergestellt wird, der eine breite thermische Hyetereae und eine unvollständige Zustandsänderung aufweist, d. h. kleinste Magnetisierung zwischen ty2 -and 3/4 $_βΓ maximalen Filmmagnetisierung, und zwar durch abwechselndes Aufbringen

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von Eisen- und Rhodium-Filmen auf eine feuerfeste Trägerschicht und Glühen dieser Anordnung in einem Vakuum von weniger als ·

—5 ο

10 Torr bei einer Temperatur zwischen 400-700 C, damit die Schichten diffundieren. Um eine vollständige Zustandsänderung erster Ordnung in dem legierten Film zu erhalten, wird der Film dann in einer strömenden Stickstoff-Atmosphäre geglüht, die Sauerstoff in einem Mengenverhältnis von mehr als 10 ppm enthält.

κ Die nacheinander erfolgende Vakuumbeschichtung mit

Eisen- und Ehodium-Filmen wird vorzugsweise durch Erhitzen mit einem Elektronenstrahl durchgeführt. Mit dem Elektronenstrahl werden Eisen- und Rhodiumquellen erhitzt, die sich auf einem wassergekühlten Herd in einer Vakuumkammer befinden,

-5
die auf weniger als 10 Torr evakuiert ist, um die Oxidation des Films während des Verdampfens zu verringern. Als typischer Wert für die Eisen- und Rhodium-Verdampfung wird ein Vakuum von etwa 10*" Torr verwendet, wobei die Reihenfolge der abwechselnden Beschichtung unwesentlich ist, auch wenn vorzugsweise zuerst der Eisen-Film und dann darüber die Rhodium-Schicht aufgebracht wird, um bei dem folgenden Glühen ein Oxidieren des Eisens zu verhindern. Auch die Anzahl der abwechselnd aufgebrachten Schichten ist unerheblich, vorausgesetzt, daß letztlich eine Schicht mit 50-65 Atom$ Rhodium entsteht, die dann zum Vermischen der Schichten durch Diffusion geglüht wird. Für Aufzeichnungszwecke, bei denen geringe magnetische Remanenz erwünscht ist, wird vorzugsweise ein hoher Prozentsatz an

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Rhodium, ζ. B. etwa 65 Atom$, gewählt.

Die Aufdampfungsgeschwindigkeit bei der abwechselnden Eisen- und Rhodium-Beschichtung ist im allgemeinen unkritisch, wobei Beschichtungsgeschwindigkexten von 4-25 S pro Sekunde bevorzugt verwendet werden. Die höheren Beschichtungsgeschwindigkeiten werden dabei bevorzugt, da die Filmverunreinigung um so geringer ist, je rascher die Beschichtung erfolgt. Während der abwechselnden Beschichtung der Trägerschicht wird diese vorzugsweise erhitzt, z. B. auf 300 C, um Spannungen im darauf abgeschiedenen Rhodium-Film zu verringern und die Haftfähigkeit an der Trägerschicht zu erhöhen. Als Trägerschicht für die abwechselnde Beschichtung verwendet man zweckmäßigerweise ein feuerfestes Material, z. B. Quarzglas, Aluminiumoxid, Silizium oder klaren Saphir, um zu verhindern, daß von der Trägerschicht während des Glühens Verunreinigungen in den Film eindiffundieren und um sicherzustellen, daß die Trägerschicht die beim Diffusionsglühen erforderlichen hohen Temperaturen, z. B. bis zu 700⁰O, aushält.

Im allgemeinen verwendet man hochreine Eisen- und Ehodiumquellen bei der Vakuumbedampfung, auch wenn geringe Mengen an Verunreinigungen toleriert werden und sich oft für die magnetischen Eigenschaften des Eisen-Ehodiums vorteilhaft auswirken. Gewisse Metalle, wie Molybdän, Nickel, Kupfer und Niob können die Übergangseigenschaften des Eisen-Ehodiums vollständig zerstören, wenn ihr Gehalt mehr als 2 Atom# beträgt. Dagegen dienen andere Materialien dazu, die Übergangstemperatur

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des Eisen-Ehodiums zu verschieben und können deshalb günstig dazu verwendet werden, die magnetische Hysteresiskurve der Legierung auf einen gewünschten Temperaturwert zu verschieben j z. B. weniger als 10 Atom$ Ruthenium, Osmium, Iridium und Platin tragen zu einer Erhöhung der kritischen Übergangstemperatur des Eisen-Ehodiums bei, während Palladium, Vanadium, Mangan und Gold in Mengen von 10 Atom$ oder weniger die Neigung zeigen, die kritische Übergangstemperatur des Eisen-Ehodiums zu erniedrigen. Wenn eine oder mehrere dieser Verunreinigungen in dem Film enthalten sein sollen, kann die Verunreinigung mit der Eisen- oder Rhodium-Schicht als Legierung gemeinsam aufgedampft oder aber als separate Schicht aufgebracht werden, deren Dicke dem gewünschten Prozentsatz an Verunreinigungen im Film entsprechen muß. Die Gesamtdicke der aufgedampften Schichten beträgt jedoch weniger als 2,5*10 cm (1 mil), wobei typische Beispiele für Filmschichten bei Dicken zwischen 200-3000 Ä liegen.

Nach dem Aufbringen der Eisen- und Rhodium-Filme

auf die Trägerschicht, wird die Anordnung bei einer Temperatur

ο —5

zwischen 400-700 C in einem Vakuum von weniger als 10 Torr solange geglüht, bis die Schichten vollständig miteinander verschmolzen aind und eine intermetallische Eisen-Rhodium-Verbindung bilden. Das Diffusionsglühen wird vorzugsweise in einem sehr guten Vakuum, z. B. 10" Torr, durchgeführt, um eine zu starke Oxidation des Films zu verhindern, die sich auf die Zustandsänderungseigenschaften nachteilig auswirken würde,

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während andererseits ein Glühen bei Temperaturen, die wesentlich über 700 C liegen, Inselstrukturen in dem Eisen-Bhodium-PiIm hervorruft, die die Haftfähigkeit des Films auf der Trägerschicht verringern. Da eine sehr feinkörnige Inselstruktur aber den seitlichen Wärmefluß zwischen benachbarten Bit-Orten bei der Aufzeichnung von Information auf dem Film verringert, kann die Größe der Bit-Orte durch eine hohe Temperatur beim Diffusionsglühen verringert werden.

Im allgemeinen ist die Dauer des Diffusionsglühens

unkritisch, falls die Vakuumkammer einen verringerten Sauer-

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stoffgehalt hat. In einem Vakuum von 4*10 Torr einer dynamisch gepumpten Vakuumanlage, die eine 2-Zoll-üldiffusionspumpe und eine Kühlfalle mit flüssigem Stickstoff verwendet, um eine Verunreinigung eier Kammer zu vermeiden, wurde beispielsweise eine vollständige Diffusion der Schichten und eine breite Überrangshysterese bezüglich der temperaturabhängigen magnetischen Eigenschaften des Films erzielt, wenn das Diffusionsglühen bei 700⁰C für die Dauer von 1-25 Stunden durchgeführt wurde. Wenn der Sauerstoffgehalt der Diffusionsglühkammer erhöht wird, kann bei einem.in die länge gezogenen Diffusionsglühen praktisch'die gesamte, durch das Glühen erzeugte intermetallische Verbindung oxidiert werden, wodurch die thermische Hysterese des Films zerstört wird. Ein Glühen bei 400⁰G für nur etwa 1 Stunde ergibt Filme, deren magnetische Hysterese bei thermischen Kreisprozessen und deren physikalische Struktur identisch mit den Eigenschaften ist, die Materialproben der

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intermetallischen Eisen-Rhodium-Verbindung bei der Untersuchung durch Röntgenstrahlbeugung aufweisen.

Die thermische Hysteresiskurve eines Eisen-Ehodium-Films mit 0,56 Atomteilen Rhodium, der durch Diffusionsglühen bei 69O⁰C für die Dauer von 1 Stunde und bei einem Druck von _·7

4*10 ' Torr hergestellt wurde, wobei während des thermischen Kreisprozesses ein Feld von 1000 Oe (Oersted) anlag, ist in Figur 2 wiedergegeben; d. h. weniger als 50$ des Films führen bei der thermischen ^v'echselbeanspruchung einen Übergang zwi- * sehen dem ferromagnetischen und antiferromagnetischen Zustand aus. Die thermische Hysterese des Films ist breit und erstreckt sich bei der mittleren Magnetisierung des Films über mehr als 15O⁰C, wogegen gut geglühte Materialproben aus Eisen-Rhodium eine thermische Hysterese von nur 1O⁰C oder weniger aufweisen.

Der Anteil des Films, der einen übergang zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetischen Zustand ausführt, läßt sich angenähert nach der Formel bestimmen:

wobei F =- Bruchteil des Films, der die Zustandsänderung erfährt;
. M., = maximale Magnetisierung des Films nach dem Abkühlen

des Films, der zuvor auf eine Temperatur oberhalb j der Übergangstemperatur des Films erhitzt worden war;

M₂ = kleinste Magnetisierung des Films nach dem Erhitzen '■ des Films, der zuvor auf eine Temperatur unter der

Übergangstemperatür abgekühlt worden war.

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Bei Filmen, die vollständig in den antiferromagnetischen Zustand übergehen," liegt die kleinste Magnetisierung Mp nach dem Erhitzen bei Null, wobei F = 1 ist. Es läßt sich also behaupten, daß Filme aus einer intermetallischen Eisen-Ehodiuni-Verbindung, die durch Diffusionsglühen hergestellt wurden, sich durch einen Übergang erster Ordnung auszeichnen, wobei weniger als 50$ des Films den Übergang zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetischen Zustand ausführen. Dabei umfaßt die Hysterese in der Mitte der magnetischen Hysteresisschleife des Films mehr als 5O⁰C.

Nach dem Erhitzen der geschichteten Filmstruktur, wobei ein homogener Eisen-Ehodium-Film mit breiter Hysterese und unvollständigem Übergang entsteht, wie Figur 2 zeigt, wird der Eisen-Ehodium-Film erneut in einer Atmosphäre geglüht, die mehr als 10 ppm Sauerstoff enthält; dadurch entsteht ein Film mit praktisch vollständigem Übergang, wie die Kurve aus Figur 3 zeigt. Vorzugsweise erfolgt das Glühen bei einer Temperatur von etwa 400⁰O, wobei der Film in Schritten von etwa 6° pro Minute von Zimmertempera'tur auf diese 40O⁰C gebracht wird, etwa 5 Minuten auf eileser Temperatur yon 400⁰C gehalten wird und dann mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wieder auf Zimmertemper&tur abg#icählt wird» Das Glühen erfolgt dabei vorzugsweise in einer Atmosphäre von strömendem Stickstoff, die zwischen 10 ppm und 1000 ppm Sauerstoff ent- ~ hält, der durch einen Sauerstoffsensor gemessen wird; ein solcher Sensor ist dargelegt in der U. S. Patentanmeldung,

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Serial Ho. 554,443» eingereicht am 1. Juni 1966 im Namen von H.S. Spacil von der gleichen Anmelderin wie die vorliegende Erfindung. Im allgemeinen hängt die während des Sauerstoffglühens vorhandene Menge an Sauerstoff von den Glühtemperaturen ab, wobei für höhere Temperaturen erheblich weniger Sauerstoff erforderlich ist. In ähnlicher Weise ist der in der Glühkammer erforderliche Sauerstoffgehalt von der Glühdauer abhängig. Bei einer Glühdauer von mehr als 1 Stunde bei

ο · 4

400 C und einem Partialdruck von mehr als 10 ppm Sauerstoff kann die intermetallische Eisen-Ehodium-Verbindung praktisch vollständig oxidiert werden, was die magnetische Hysterese des Films zerstört. Das Glühen erfolgt zweckmäßigerweise für eine Dauer zwischen 5 Minuten und 4 Stunden bei Temperaturen von 400⁰C, wobei der Sauerstoffgehalt der Glühatmosphäre zwischen 10-200 ppm liegt. Im allgemeinen sind der Sauerstoffgehalt und die Temperatur und die Dauer des Sauerstoffglühens voneinander abhängig und werden so gewählt, daß die Oxidation des Eisen-Rhodium-Films ausreicht, um mehr als 50$ des Films eine Zustandsänderung durchlaufen zu lassen; dabei wird eine unnötige Oxidierung des Filme vermieden, die die Sättigungsmagnetisierung unter einen registrierbaren Wert erniedrigen würde· Eisen-Hhodium-lilrae» die ein zweites Mal in einer Stickstoffatmosphäre mit eiaer hohen Sauerstoffkonzentration

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von 10 ppm geglüht wurden, zeigten einen nahezu vollständigen Übergang zwischen dem ferromagnetiechen und antiferromagnetischen Zustand. Die thermische Hysteresisschleife des Films war schmal,

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ζ. B. 1O⁰G "bei der mittleren Magnetisierung, und der Übergang zwischen dem antiferromagnetischen und ferromagnetischen Zustand war allmählich, wobei etwa 90% des Films eine Zustandsänderung erfuhren und wobei eine etwa doppelt so große Temperaturerhöhung über die kritische Übergangstemperatur hinaus erforderlich war, als bei Filmen, die in einer Stickstoffatmosphäre mit weniger als 100 ppm Sauerstoff geglüht wurden.

Figur 4 zeigt den Einfluß von Sauerstoff auf die magnetischen Eigenschaften eines Eisen-Bhodium-Films während eines für ΊΟ Minuten bei 400⁰C durchgeführten zweiten Glühvorgangs nach einem Diffusionsglühen bei 700⁰C für 1 Stunde in einem Vakuum von 5·10 ' Torr. Wie aus Kurve 14 zu ersehen ist, die den prozentualen Übergang angibt, ergab sich ein Übergang von über 80$ des Eisen-Rhodium-Films bei Sauerstoffwerten von etwas mehr als 7 ppm Sauerstoff in einer strömenden Stickstoffatmosphäre, wobei der Prozentsatz des Films, der einen übergang ausführt, von einem Anfangswert (dargestellt durch Bezugsziffer 15) bei weniger als 40$ bis auf einen Wert von 90$ ansteigt, für den 10 Minuten lang bei einer Sauerstoffkonzentration von mehr als 50 ppm geglüht wurde, ■'■'ie. Hysteresisbreite des Übergangs bei der mittleren Magnetisierung, dargestellt durch Kurve 16, nahm von einem ursprünglichen Wert (Bezugsziffer 17) von mehr als 160 C vor dem zweiten Glühen bis auf einen Wert von 8O⁰C ab, bei dem in einer Stickstoffatmosphäre mit 40 ppm Sauerstoff geglüht wurde. Die maximale Magnetisierung des Eisen-Shodium-Films (dargestellt durch die

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Bezugsziffer 18) blieb im wesentlichen konstant bei einem Wert von etwa 120 EMU/G-M, und zwar unabhängig von den verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen beim zweiten Glühen.'

Als spezielles. Beispiel wurde ein Eisen-Rhodium-Film gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt, indem eine 99,9$ reine elektrolytische Eisenquelle und eine ^9,9$· reine Rhodiumquelle oberhalb eines wassergekühlten Tiegels in eine herkömmliche Vakuumglocke gebracht wuraen, die mit einer 4-Zoll-Öldiffusionspumpe und einer (Antimigrations-) Kühlfalle aus flüssigem otickstoff versehen v/ar. Das Eisen war in trockenem Wasserstoff eine Stunde lang bei 900⁰C geglüht worden, um den Sauerstoffgehalt des Eisens zu erniedrigen. Die Vakuumanlage wurde auf etwa 8*10 Torr evakuiert, und beide Quellen wurden getrennt voneinander durch eine Elektronenkanone von 2 Kilowatt geschmolzen, um die Entgasung während des Verdampfens zu verringern. Die Eisenquelle wurde dann unter einem Druck von 8·10~ Torr durch den Elektronenstrahl verdampft und mit einer Geschwindigkeit von etwa 12 Ä/sec auf eine reine Quarz- \ glasträgerschicht aufgedampft, die 25 cm von der Quelle entfernt angebracht war und auf einer Temperatur von 275-300 ⁰C gehalten wurde. Nach dem Aufdampfen der Eisenschicht wurde

> die Rhodiumquelle bei einem Druck von 4*10" Torr verdampft- und mit einer Geschwindigkeit von 15 Ä/sec oberhalb des Eisenfilms auf die erhitzte Trägerschicht bis zu einer Dicke aufgedampft, die bei der nachfolgenden Diffusion der Schichten 0,54 Atomteile Rhodium ergeben sollte. Die Gesamtdicke des

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Films betrug etwa 550 S. Dann erfolgte das Diffusionsglühen

ο —7 der Anordnung für 1 Stunde bei 690 C und 8*10 ' Torr in einer dynamisch gepumpten Vakuumanlage. Mach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur zeigte der Film eine Mikrostruktur, deren Hauptkomponente die CsCl-Strukturphase war, was für FeBh-Materialproben typisch ist, die eine F.CO. -Phase mit einem Gitterparameter aufweisen, der etwa dem des Elements Rhodium entspricht. Die thermische Hysteresisschleife des Films bei einem Magnetfeld von 1000 Oe ist in Figur 2 dargestellt und zeigt einen unvollständigen Übergang zwischen dem antiferromagnetischen und ferromagnetischen Zustand und eine breite Hysterese bei der mittleren Magnetisierung des Films.

Die Anordnung wurde dann ein zweites Mal in einer gasförmigen Umgebung geglüht, die aus strömendem Stickstoff von 1 Atmosphäre Druck bestand und eine Sauerstoffkonzentration zwischen 80-100 ppm enthielt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit durch die Anordnung etwa 56,6 l/Stunde (2 ft "yar) betrug. Die Anordnung wurde in etwa 5 Minuten von Zimmertemperatur auf 400⁰C erhitzt, etwa 10 Minuten auf 40O⁰O gehalten und dann mit der gleichen Geschwindigkeit wieder auf Zimmertemperatur abgekühlt. Der Film zeigte einen Übergang von etwa 95$, wie die thermische Hysteresisschleife aus Figur 3 zeigt, wenn die thermische Wechselbeanspruchung in einem Feld von 1000 Oe durchgeführt wurde, wobei die thermische Hysterese etwa 80⁰O für die mittlere Magnetisierung des Films zeigt. Der Übergang war beim Erhitzen kürzer (innerhalb etwa 6O⁰C) als beim

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Abkühlen, wo eine Temperaturänderung von etwa 200⁰C erforder-lieh war, um den Film im wesentlichen in den antiferromagnetischen Zustand zurückzuführen. Eine wiederholte thermische Wechselbeanspruchung des Films zwischen 125⁰C und -150⁰C ergab, daß der Übergang stabil war.

Die in Figur 3 gezeigte Hysteresisschleife wurde mit einem Eisen-Ehodium-Film erzielt, der nach dem erfindungsgemäßen zweifachen Glühverfahren behandelt wurde. Diese Hysterese zeigt einen Übergang erster Ordnung vom antiferromagnetischen in den ferromagnetischen Zustand (dargestellt durch die gemessene Magnetisierung von etwa 115 EMU/GM in einem Feld von 1000 Oe bei Erhitzen über 100⁰C). Beim nachfolgenden Abkühlen des Films unter 60⁰C bleibt die gemessene Magnetisierung des Films (und deshalb der Prozentsatz des im ferromagnetischen Zustand befindlichen Films) bis zu einer Temperatur von 50⁰C im wesentlichen konstant. Dann kehrt der Film praktisch in den antiferromagnetischen Zustand bei 8 EMU/GM (-2 EMU/GM Fehler für die gemessene Filmmagnetisierung), und zwar in einem Übergang erster Ordnung. Etwa 95% des Films durchlaufen also eine Zustandsänderung zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetischen Zustand, wenn dieser Film dadurch hergestellt wurde, daß ein herkömmlicher Film mit einem Übergang von 35$ und einer breiten Hysterese in einer Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von mehr als 10 ppm Sauerstoff geglüht wurde. Ein weiteres bedeutendes Merkmal der erfindungsgemäßen Eisen-Rhodium-Filme ist die breite thermische Hysterese des

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Films j d. h. "bei der mittleren Magnetisierung des Films, also etwa 60 EMU/GM, ist der Film durch eine thermische Hysterese von etwa 80 C gekennzeichnet» Obwohl eine wiederholte thermische Wechselbeanspruchung entlang der Hysteresisschleife eine geringe Schwächung der thermischen Hysterese hervorruft, zeig-

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ten Eisen-Ehodium-Filme nach 10 thermischen Kreisprozessen zwischen ~195°C und 100⁰C immer noch im wesentlichen die ursprüngliche thermische Hysterese.

Der erfindungsgemäße Eisen-Rhodiuiu-Film zeigt außerdem bei Erhitzen über die kritische Temperatur einen raschen Übergang in den ferromagnetische*! Zustand. Wie Figur 3 zeigt, steigt die Magnetisierung des Films in einem Feld von 1000 Oe von einem Wert bei etwa 8 EMU/G-K auf einen Maximalwert von etwa 115 EMU/GM, und zwar zwischen 20⁰C und 9O⁰C, so daß mehr als 90%* des Films innerhalb eines Temperaturbereichs von 70⁰C eine Zustandsänderung zwischen dem antiferromagnetischen und ferromagnetischen Zustand erfahren.

Im allgemeinen ist die magnetische Hysteresisschleif e des erfindungsgemäßen Eisen-Ebodium-Films ziemlich rechteckig und weist ein Verhältnis von etwa 0,7 zwischen der magnetischen Remanenz und der Sättigungsmagnetisierung auf. Eine Eisen-Ehodium-Filmprobe mit einer Dicke von 550 A, die gemäß der Erfindung zweifach geglüht worden war, besaß eine Koerzitivkraft von etwa 160 Oe.

Von mehreren Eisen-Rhodium-Filmen, die bis auf das Oxidationsglühen unter gleichen Bedingungen hergestellt worden

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waren, wurden elektromikrographisch die Zustandsänderungseigenschaften aufgezeichnet. Einer der Filme war im Vakuum geglüht worden und zeigte einen unvollständigen übergang, der durch die Kurve aus Figur 2 wiedergegeben wird, während ein zweiter Film in einer strömenden Stickstoffatmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration zwischen 10-200 ppm geglüht worden war und einen vollständigen übergang zeigte, wie er durch die Hysteresiskurve aus Figur 3 gekennzeichnet ist. Bei den einzelnen Filmen war die Makrostruktur, z. B. Korngröße, Schichtungsfehler, Zwillingsbilaung etc. qualitativ gleich, auch wenn der Film mit dem vollständigen übergang eine sehr viel stärker gemaserte Stuktur im Korm aufwies, als der Film mit dem unvollständigen Uberg&ng. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten, daß die Maserung von einer diskreten Teilchenanordnung herrührt, die eine sehr regelmäßige Orientierung in einem zweidimensionalen, rechteckigen Metzwerk aufweist. Das Netzwerk scheint im Korn einheitlich zu sein und hat eine Periodizität von etwa 100 Ä. Es kann angenommen werden, daß das "schmutzige" Aussehen eine feine Dispersion einer Oxidphase ist.

, Die erfindungsgemäßen Filme eignen sich insbesondere

ι; als Aufzeichnungsmedium 19 zur Aufzeichnung digitaler Infor-• mation, wie Figur b zeigt. Ein Eisen-Bhodium-Film 20 mit einer

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Dicke von weniger als £,5"10" cm (1 mil) und einer Übergangs-

\ charakteristik, ähnlich der aus Figur 5, befindet sich auf einer thermisch leitenden !Trägerschicht 22 aus beispielsweise

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Silizium oder Quarz. Die Trägerschicht 22 ist durch eine geeignete Verbindungsschicht, z. B. durch die leitschicht 26, mit einer thermoelektrischen Grundschicht 24 verbunden, die beispielsweise aus Wismuthtellurid, Bleitellurid, Antimon— tellurid, Silberindiumtellurid, Kupfergalliumtellurid etc. besteht. Die thermoelektrische G-rundschicht ermöglicht durch die Trägerschicht 22 hindurch thermische Kreisprozesse, indem die thermoelektrische G-rundschicht von einer Grleichspannungsquelle (nicht dargestellt) über leitungen 28 und 30 elektrisch erregt wird. Da der Eisen-Rhodiuin-Film 20 thermisch zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetischen Zustand in einem Übergang erster Ordnung hin und hergeschaltet wird, was Volumenänderungen des Films zur Folge hat, sind benachbarte Aufzeichnungsmedien 19A und 19B, die eine Speichereinheit darstellen, durch einen geeigneten Abstand voneinander getrennt, z. B, 2$ der Filmabmessungen, um eine.störungsfreie thermische Ausdehnung zu ermöglichen. Wenn jedoch die Abmessungen des Aufzeichnungsmedium genügend klein sind, wird die Speichereinheit zweckmäßigerweise als zusammenhängende Einheit hergestellt, um eine Isolierung der Informationsspeichersteilen zu vermeiden.

TJm Information an ausgewählten Stellen längs des Eiaen-Rhodium-Films aufzuzeichnen, die einen Durchmesser von 2,5»10~^cm (1 mil) oder weniger aufweisen, wird die thermoelektrische Schicht 24 zuerst duroh einen Gleichstrom in einer ersten Richtung ao erregt, daß die Anordnung unter die

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Temperatur T abgeKühlt wird, die in der Hysteresisschleife aus Figur 3 "bei etwa -150⁰C liegt und bei der der Film praktisch vollständig antiferroiaagnetisch wird; gleichzeitig wird dadurch ein etwa vorhandener Restmagnetismus im I¹Um gelöscht. Dann wird die elektrische Erregung der thermoelektrischen (^randschicht 24 abgeschaltet, so daß'die Temperatur des Eisen-Rhodium-Films auf eine Vormagnetisierungstemperatur T-^ von etwa 20⁰C ansteigen kann, bei der sich der Film im antiferromagnetischen Zustand unterhalb der kritischen Temperatur befindet, bei der ein Übergang erster Ordnung des Eisen-Rhodium-Films in den ferromagnetischen Zustand auftritt. Dann wird ein Elektronenstrahl von einer durch Adressen einstellbaren Elektronenkanone (beschrieben in der U. S. Patentanmeldung, Serial No. 671,353, eingereicht am*28 September 1967 im Namen von Sterling Newberry von der gleichen Anmelderin wie die vorliegende Erfindung) auf ausgewählte Bit-Orte 2OA des Eisen-Rhodium-Films gelenkt, um die Bit-Orte durch Bestrahlen bis über die kritische Übergangstemperatur des Films, z. B. über 12O⁰C, aufzuheizen. Die bestrahlten Bit-Orte werden in einem Übergang erster Ordnung in den ferromagnetische« Zustand übergeführt. Nach dem Abschalten des Elektronenstrahls kühlen sich die bestrahlten Bit-Orte, d. h, 2OA, auf die Vormagnetisierungstemperatur T^ ab. Nach Anlegen eines genügend hohen, kursszeitigen Magnetfeldes, z. B. ein Feld von mehr als 300 Oe im Impulsbetrieb, sind die bestrahlten Bit-Orte ferromagnetisch und stellen damit Information einer ersten Größe dar. ·

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Die -^it-Orte 2OB, die beim .Aufzeichnen nicht "bestrahlt wurden, "bleiben im antiferromagnetischen Zustand und speichern dadurch digitale Information einer zweiten Größe. Der zur selektiven Aufzeichnung dienende Eisen-Rhodium-Film hat also eine homogene Zusammensetzung und enthält eine Vielzahl von Bit-Orten, die gemäß der in den einzelnen Bit-Orten aufgezeichneten Information entweder magnetisch oder nicht-magnetisch sind. Im allgemeinen erwies sich als zweckmäßig, einen Elektronenstrahl von 8 kV, 2·10 A und einem Durchmesser von 10 Ai für die Dauer von 4 msec zu verwenden, um die bestrahlten Bit-Orte vom antiferromagnetischen in den ferromagnetisehen Zustand umzuwandeln. Benachbarte Bit-Orte, die nicht über die kritische Temperatur hinaus erhitzt worden waren, blieben im wesentlichen antiferromagnetisch.

Um die aufgezeichnete Information vom Eisen-Rhodium-FiIm auszulesen, wird ein gepulstes Magnetfeld von mehr als 300 Oe an den Film angelegt, um die (Weißschen) Bezirke in den ferromagnetischen Bit-Orten 2OA auszurichten j auf diese Weise enthält der -^iIm nun ferromagnetische Bits, deren Magnetisierung eine gegebene Richtung aufweist und die durch im wesentlichen antiferromagnetisehe Bit-Orte 2OB voneinander getrennt sind, die bei der Messung die Magnetisierung Null ergeben. Da die Orientierungsrichtung der Magnetisierung in einzelnen Bit-Orten nicht abgetastet zu werden braucht, genügt eine visuelle Ablesung, indem der Eisen-Rhoäium-Film mit einer kolloidalen Lösung aus Eisenoxidteilchen (Bitterache lösung)

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beschichtet wirdj diese Teilchen wandern zu den magnetisieren Bit-Orten des Aufzeichnungsmediums. Auf diese Weise erhält man dunkle Bereiche oder Punkte 50 (Figur 6) an den bestrahlten, ferromagnetischen Bit-Orten, während die antiferromagnetischen Bit-Orte 2OB mit einer relativ klaren Flüssigkeit beschichtet sind, da praktisch alle Teilchen zu den ferromagnetischen Orten hingewandert sind. Wenn mit sehr hoher Geschwindigkeit ausgelesen werden soll, können andere übliche magnetische Abtastverfahren verwendet werden, z. B. Elektronenstrahlmikroskopie, um die magnetisierten Bit-Orte festzustellen. Zum Löschen der aufgezeichneten Information wird die thermoelektrische Grundschicht 24 erneut erregt, um die Temperatur des Eisen-Bhodium-Films 20 auf T zu erniedrigen, woraufhin der gesamte Film in den antiferromagnetischen Zustand zurückkehrt und die zuvor aufgezeichnete Information gelöscht wird. -

Die auf dem Eisen-Rhodium-Film aufgezeichnete Information kann auch mechanisch gelöscht werden, indem der Film mechanisch beansprucht wird? die mechanisch beanspruchten Abschnitte des FiImB kehren dadurch praktisch vollständig in den antiferromagnetischen Zustand zurück, wie durch die Kurve aus Figur 7 dargestellt wird. Die thermische Hysteresis-Kurve ergab sich durch thermische Wechselbeanspruchung eines zweifach geglühten Eisen-Ehodium-Films längs der Hysteresisschleife 33 "bis zu einer Temperatur von 14O⁰C, wodurch der Film in den ferromagnetischen Zustand übergeführt wurde;

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anschließend ließ man den I¹¹Um auf etwa 15 C abkühlen, wobei die Magnetisierung des Films längs der Hysteresisschleife auf einen Wert von etwa 66 EMU/GM (Bezugsziffer 34) zurückging. Dann wurde ein Baumwollwischer weniger als zwanzigmal γόη Hand über den Film gerieben, wodurch die Magnetisierung (gestrichelte Linie 35) bei einer Änderung der Temperatur des Eiaen-Ehodium-Films von nur 5⁰G auf einen Wert von etwa 9 EMU/GrM abfiel. Durch weiteres Reiben des Eisen-Rhodium-Films mit dem Baumwollwischer konnte die gemessene Magnetisierung des Films bei einer Temperatur von 10 C auf weniger als i? EMU/GrM erniedrigt werden, wobei die niedrige Magnetisierung, die durch das Reiben (mechanische Beanspruchung) hervorgerufen worden war, auch bei Abkühlen auf eine Temperatur unter -180⁰G erhalten blieb. Wenn dann der Film erneut auf 140⁰C erhitzt wurde, kehrte die ferromagnetische Eigenschaft des Filma zurück, wie die ausgezogene Hysteresisschleife.36 angibt, auch wenn die thermische Hysteresiskurve durch die mechanische Beanspruchung des Films etwas schmaler geworden war. Zum Löschen der aufgezeichneten Information sollte die mechanische Beanspruchung im allgemeinen größer als 0,3$ sein, darf jedoch nicht so weit gehen, daß die räumlich zentrierte kubische Struktur in die paramagnetische, flächenorientierte kubische Struktur übergeht.

Zweckmäßigerweise wird dem Eiaen-Khodium-Film eine geringe Menge Palladium zugesetzt, um die kritische Temperatur des Films beim Übergang in den magnetischen Zustand auf

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etwa 3O⁰C zu verschieben, d. h. 5°C oberhalb Zimmertemperatur, wodurch die Elektronenstrahlleistung, die für die Umformung der Bit-Orte in den ferromagnetischen Zustand erforderlich ist, verringert wird, während gleichzeitig gewährleistet ist, daß sich das Aufzeichnungsmedium nicht verflüchtigt. In ähnlicher Weise kann man ohne Kühlung auskommen, wie sie durch die thermoelektrische Grundschicht 24 bewirkt wird, wenn genügend Iridium oder Platin dem Eisen-Rhodium-Film zugesetzt wird, um die Hysteresisschleife so weit zu verschieben, daß die Temperatur T bei 25⁰C liegt. Der PiIm kann dann auf die Vormagnetisierungstemperatur T·^ an der Grenze der kritischen Übergangstemperatur des lilms durch einen Stromfluß durch den PiIm oder durch einen auf die gesamte Filmebene auftreffenden Elektronenstrahl aufgeheizt werden. Die Information wird an ausgewählten Bit-Orten dadurch aufgezeichnet, daß durch einen zweiten Elektronenstrahl die Temperatur an den bestrahlten Orten über die kritische Temperatur des Pilms angehoben wird, wodurch die bestrahlten Orte in den ferromagnetischen Zustand übergeführt werden. In entsprechender Weise können auch andere herkömmliche Heizquellen verwendet werden, z. B. sichtbares oder Infrarotlicht, um den Eisen-Rhodium-Film auf die Vormagnetisierungstemperatur des Pilms aufzuheizen.

Im vorstehenden wurde angeführt, daß die Ausrichtung der magnetischen Bezirke innerhalb der ferromagnetischen Bit-Orte des Eisen-Rhodium~Pilms 20 dadurch bewirkt wurde, daß nach dem Abkühlen des selektiv erhitzten Filme auf die Vor-

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magnetisierungstemperatur T, ein Magnetfeld angelegt wurde; das Magnetfeld kann jedoch schon gleichzeitig mit dem selektiven Erhitzen des Films angelegt werden» In einem solchen Pail werden die Bit-Orte auf dem Film vorzugsweise durch einen Laserstrahl erhitzt, um eine unerwünschte Ablenkung des Strahls durch die Feldmagnetisierung der in den ferromagnetischen Zustand übergeführten Bit-Orte zu vermeiden. Zum Schreiben der Information wird also der Film auf eine Temperatur "T abgekühlt, bei der der gesamte Film sich.im antiferroe

magnetischen Zustand befindet; der Film wird dann auf eine Vormagnetisierungsteiiiperatur T, erhitzt, die den Schwellenwert für einen Übergang erster Ordnung in den ferromagnetischen Zustand darstellt. Dann wird ein laserstrahl selektiv auf einzelne Bit-Orte des Films gelenkt, um die Bit-Orte über die Übergangstemperatur hinaus aufzuheizen, so daß die Bit-Orte in einem Übergang erster Ordnung in den ferromagnetischen Zustand übergeführt werden. Mach Abschalten des Schreiblaserstrahls kehren die bestrahlten Bereiche längs der thermischen Hysteresisschleife auf die Yormagnetisierungstempera— tür zurück und bleiben gegenüber den nicht erhitzten Bit-Orten im ferromagne ti sehen Zustand.

Uas erforderliche Magnetfeld zum Magnetisieren eines ferromagnetischen, jedoch entmagnetisierten Bisers-Hhodium-Films ist durch die Kurve in Figur 8 dargestellt, -^ie Kurven 37 und 38 stellen die Sättigungsmagnetisierung "bzw« üle Restmagnetisierung des Films dar. Wie Kurve 57 geigt_f:wird für

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einen ferromagnetischen Eisen-Rhodium-Film bei Zimmertemperatur ein Feld von 800 Oe benötigt, um 0,9 der maximalen magnetischen Sättigung des Films zu erreichen. Nach Abschalten des angelegten Magnetfelds sinkt die Magnetisierung des Films auf den Wert der Restmagnetisierung ab, die durch die Kurve 38 in Figur 8 dargestellt ist und etwa 60 EMU/GM unter der Sättigungsmagnetisierung liegt, die mit dem gegebenen Feld erreicht werden kann.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgernäßen Eisen-Rhodium-Films ist, daß die Sättigungsflußdichte des Films einstellbar ist, wie Figur 9 zeigt. In der Abbildung ist die grundsätzlich herrschende thermische Hysteresisschleife eines Eisen-Rhodium-Films in einem Magnetfeld von 1000 Oe gezeigt. Wenn der Eisen-Rhodium-Film bei der thermischen Wechselbeanspruchung im rückwärts verlaufenden Zyklus nur teilweise abgekühlt wird,' z. B. die Abkühlung längs der Hysteresisschleif e 40 bei -10⁰C unterbrochen wird, und dann erneut aufgeheizt wird, bleibt die Sättigungsmagnetisierung des Films im wesentlichen konstant bei 60 EMü/GM oberhalb des zwischen -10 C und 30 C liegenden Temperaturbereichs, wie Kurve 42 zeigt. Wenn der Kühlzyklus der Haupt-Hysteresisschleife bei einer niedrigeren Temperatur unterbrochen wird, z. B. tei -58⁰C, ergibt sich eine konstante Sättigungsmagnetisierung von 23 EMU/GM, wie Kurve 44 zeigt, solange der Film einen Temperaturbereich zwischen -58°C und 3O⁰C durchläuft. Im allgemeinen liegt die Temperaturauslenkung, die ohne Ände-

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rung der Filmmagnetisierung erlaubt ist, etwas unterhalb des Temperaturbereichs zwischen der Temperatur, bei der der Kühlvorgang des Films unterbrochen wird, und der kritischen Temperatur für den Übergang des Films in den ferromagnetischen Zustand, dargestellt durch Kurve 48. Die Magnetisierung des Eisen-Ehodium-Films (die die Sättigungsflußdichte des Films darstellt) kann also allein dadurch eingestellt werden, daß der Kühlvorgang des Films nach dem Übergang des Films in den ferromagnetischen Zustand bei einer gewünschten Temperatur unterbrochen wird. In entsprechender Weise kann auch die Sättigungsflußdichte des Eisen-Rhodium-Films während des Aufheizvorgangs der Haupt-Hysteresisschleife dadurch beeinflußt werden, daß der Heizzyklus vor der maximalen Magnetisierung des Films unterbrochen wird, z. B. bei 55 0, woraufhin dann der Film längs einer kleinen Hysteresisschleife 46 auf eine Temperatur T™ abgekühlt wird, die die gewünschte Flußdichte darstellt, angegeben durch die gemessene Magnetisierung des Films in einem Feld von 1000 Oe. Nach einem erneuten Aufheizen und Abkühlen' des Films innerhalb des Temperaturbereichs zwischen T™ und der kritischen Übergangstemperatur T_n der kleinen Hysteresisschleife ergibt sich eine vernachlässigbar kleine Änderung der Sättigungsflußdichte gegenüber dem vorliegenden Wert. Der Magnetfluß des Eisen-Rhodium-Films kann also allein durch eine Änderung der thermischen Wechselbeanspruchung auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Der erfindungsgemäße EIsen-Ehodium-Film kann auch

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als Temperaturfühler verwendet werden, der die maximalen Auslenkungen nach erfolgter thermischer Wechselbehandlung anzeigt. Wenn beispielsweise ein Material von einer Temperatur oberhalb 150⁰C abgekühlt wird, ist die magnetisierung des auf dem Material aufliegenden Eisen-Rhodium-Films ein Maß für die niedrigste Temperatur, die während des Kühlens erreicht wurde, abgesehen von einer geringen Erhöhung der Temperatur des Eisen-Rhodium-Films, nachdem der Kontakt zwischen dem Film und dem Material gelöst wurde. Da die Temperaturempfindlichkeit des Eisen-Rhodiuin-Films von der Lage der thermischen Hysteresisschleife des Films bezüglich der Abszisse abhängt, verlegt man die Steilheit der Hysteresiskurve des Eisen-Rhodiums längs der TemperatürSKaIa vorzugsweise passend zum jeweils in Präge kommenden Temperaturbereich. Um Messungen über einen breiten Temperaturbereich ausführen zu können, erfolgt das Sauerstoffglühen vorzugsweise bei der oberen zulässigen Sauerstoffkonzentration, damit die thermische Hysteresisschleife weniger rechteckig verläuft; dagegen erzielt man sehr genaue Tempera- ) turmessungen über einen schmalen Bereich am besten durch eine relativ rechteckige thermische Hysteresisschleife, die eine rasche Änderung der Magnetisierung über den betreffenden Temperaturbereich aufweist.

Obwohl im vorstehenden das Aufzeichnungsverfahren, bei dem Bit-Orte auf dem Film einen Übergang erster Ordnung zwischen dem magnetischen und nicht-magnetischen Zustand erfahren, anhand des speziellen Ausführungsbeispiels eines Films

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aus einer Eisen-Rhodium-legierung beschrieben wurde, kann jedes Material verwendet werden, das in Verbindung mit einer thermischen Hysterese einen Übergang erster Ordnung vom magnetischen in den nicht-magnetischen Zustand aufweist, z. B-. Manganwisinuth, Manganarsenid oder Chrommanganantimonid, um gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Daten aufzuzeichnen. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich jedoch von der "Curiepunkt-Aufzeichnung" mit Manganwismuth dadurch, daß sich das vorliegende Verfahren auf die thermische Hysteresisschleife des Materials stützt, z. B. mit einer längs der thermischen Hysteresisschleife liegenden Vormagnetisierungstemperatur, während die "Curiepunkt-Aufzeichnung" mit Manganwismuth ohne Berücksichtigung der thermischen Hysterese von !,langanwismuth eine thermische Wechselbeanspruchung längs der gesamten thermischen Hysteresisschleife durchführt. Bei der "Curiepunkt-Aufzeichnung" mit lilanganwismuth wird die Information durch die Ausrichtung der Magnetisierung an den verschiedenen Bit-Ort en aufgezeichnet.

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Claims (1)

1. Patentanmeldung5 Film zur magnetischen Datenaufzeichnung,

   PATENTANSPRÜCHE

   (1.,. Film aus Eisen-Rhodium und seiner legierungen mit einer Zusammensetzung von 50-65 i.tom$ Rhodium und einer Filmdicke von weniger als 2,5 χ 10 cm (1 mil), dadurch gekennzeichnet, daß mehr als 50$ des Films einen Übergang erster Ordnung zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagne^ tischen Zustand ausführen, wenn die Temperatur entlang der Hysteresisschleife des Films zyklisch durchlaufen wird.

   2. Eisen-Rhodium-Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der thermischen Hysteresisschleife des Films bei der mittleren Magnetisierung des Films zwischen 10⁰C und 200⁰C liegt.

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   Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirttch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

   Oppenauer BOrot PATENTANWALT DK. REtNHOLD SCHMIDT

   3. Eisen-Rhodium-Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß der Film weniger als 3000 % dick ist und mehr als 90$ des Films einen Übergang erster Ordnung zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetischen Zustand ausführen, wenn die Temperatur entlang der thermischen Hysteresisschleife des Films zyklisch durchlaufen wird.

   4. Eisen-Bhodium-Filranach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Film weniger als 10 AtQm# eines Metalls aus der G-ruppe Ruthenium, Osmium, Iridium und Platin enthält.

   5. Eisen-Rhodium-Film nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Film weniger als 10 Atom$ eines Metalls aus der Gruppe Palladium, Vanadium, Mangan und Gold enthält.

   6. Eisen-Rhodium-Film nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 90$ des Films vom antiferromagnetischen in den ferromagnetischen Zustand übergehen, wenn der Film auf eine Temperatur erhitzt wird, die um 70⁰C höher liegt als die kritische Übergangstemperatur des Films.

   7. Verfahren, zur Herstellung eines magnetischen Films mit vorgewählter Magnetisierung, gekennzeichnet durch Erhitzen des Eisen-Rhodium-Films aus Anspruch 1 über die für den Übergang in den ferromagnetisehen Zustand kritische Temperatur des Films, Abkühlen des Films auf eine vorgewählte Temperatur und Anlegen eines Magnetfeldes von mehr als 300 Oe an den Film.

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   8. Verfahren zur Herstellung eines Eiaen;-Elio'clium--Films_r. bei dem mehr als 50# des Films einen Übergang erster Ordnung zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetischen Zustand ausführen, wenn die Temperatur entlang der thermischen Hysteresisschleife des Films zyklisch durchlaufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Film aus einer Eisen-Rhodium-Legierung mit einer Zusammensetzung von 50-65 Atom% Rhodium und einer Dicke von weniger als 2^5 x 10 cm (1 mil) in eine Atmosphäre gebracht wird,, die eine Sauerstoffkonzentration von mehr als ΙΟ ppm (Teile pro Million) enthält, wobei sich der Film aus der Eisen-Rhodium-Legierung durch eine thermische Hysterese von mehr als 50⁰C bei der mittleren Magnetisierung des Films auszeichnet und wobei weniger als 50$ des Films eine Zustandsänderung zwischen dem ferromagnetischen und antiferromagnetischen Zustand erfahren, wenn die Temperatur entlang der thermischen Hysteresisschleife des legierten Films zyklisch durchlaufen wird; und Glühen des Films in der sauerstoff-haltigen Atmosphäre, um den Anteil des Films, der einen Übergang ausführt auf mehr als 50$ des Films zu erhöhen.

   9. Verfahren zur Herstellung eines Eisen-Rhodium-Films nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der einen breiten Übergang aufweisende Eisen-Rhodium-Film dadurch hergestellt wird, daß nacheinander Eisen- und Rhodium-Schichten bei einem

   —5

   Druck von weniger als 10 Torr auf eine feuerfeste Trägerschicht aufgebracht werden, so daß eine geschichtete Anordnung

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   IS

   entsteht, woraufhin dann die'Anordnung bei einem Druck von weniie'räis 10" Torr geglüht wird, um die Eisen- und Rhodium-Schiiehten durch Diffusion vollständig zu vermischen.

   10. Verfahren zur Herstellung eines Eisen-Bhodium-Films nach Anspruch.9» dadurch gekennzeichnet, daß das Öxidationsglühen bei Temperaturen zwischen 100-800 C für eine Dauer zwischen 5 Minuten und 4 Stunden durchgeführt wird,

   11. Verfahren zur Herstellung, eines Eisen-Rhodium-Films nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre weniger als 1000 ppm Sauerstoff in strömendem Stickstoff von einer Atmosphäre enthält.

   12. Aufzeichnungsmedium zum Speichern digitaler Information, dadurch gekennzeichnet, daß Information einer ersten Größe dadurch gespeichert wird, daß die magnetischen Bezirke ausgewählter Bereiche des Ulms in einer gegebenen Richtung ausgerichtet werden, während die Information einer zweiten Größe durch die im antiferromagnetischen Zustand befindlichen Bereiche eines Eisen-Bhodium-Films gespeichert werden, dessen Dicke weniger als 2,5 χ 10"" cm (1 mil) beträgt.

   13· Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Film eine Zusammensetzung von 50-65 Atom# Ehodium hat und daß mehr als 90# des Films einen Übergang erster Ordnung ausführen, wenn die Temperatur entlang der magnetischen, thermischen-Hysteresisschleife des Films zyklisch

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   durchlaufen wird, wobei die thermische Hyst-eresisschleife bei der mittleren Magnetisierung des Films eine Breite im Bereich zwischen 10⁰C und 200⁰C aufweist.

   14. Verfahren zur Aufzeichnung digitaler Information, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche eines im antiferromagnetischen Zustand befindlichen Eisen-Rhodium-Films selektiv auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der ein Übergang erster Ordnung in den ferromagnetischen Zustand stattfindet; und Anlegen eines Magnetfeldes an den Eisen-Rhodium-Film, um die in den ferromagnetischen Zustand übergeführten Bereiche des Films zu magnetisieren.

   15. Verfahren zur Aufzeichnung digitaler Information nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Film vor dem Anlegen des Magnetfeldes auf eine unterhalb der Übergangstemperatur liegende Vormagnetisierungstemperatur abgekühlt wird.

   16. Verfahren zur Aufzeichnung digitaler Information nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Film nach Anlegen des Magnetfeldes auf eine iinterhalb der Übergangstemperatur liegende Vormagnetisierungstemperatur abgekühlt wird.

   17· Verfahren zur Aufzeichnung digitaler Information nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Film bis unterhalb der Temperatur abgekühlt wird, bei der ein Übergang erster Ordnung vom ferromagnetischen,in den antlferromagnetischen Zustand stattfindet! um die auf dem Medium aufgezeich- · nete Information zu löschen.

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   18. Verfahren zur Aufzeichnung digitaler Information nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Film mechanisch beansprucht wird, um die auf dem Film aufgezeichnete Information zu löschen. ' i

   19. Verfahren zum Speichern digitaler Information, dadurch j

   ■ i

   gekennzeichnet, daß Information einer ersten. Größe als magne- I tigcher Bereich auf einem Film homogener Zusammensetzung aufgezeichnet wird, während Information einer zweiten G-röße durch j einen riicht-magnetisierten Bereich auf dem Film aufgezeichnet wird.

   20. Verfahren zur Informationsspeicherung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Information dadurch von .dem Medium zurückgewonnen wird, daß die magnetischen Bereiche magnetisiert werden und die Magnetisierung dieser Bereiche abgetastet wird.

   21. Verfahren zur Informationsspeicherung und Datenrückgewinnung, gekennzeichnet durch Ändern der Temperatur ausgewählter Bereiche eines homogenen, eine thermische Hysterese aufweisenden Films, um den Zustand der ausgewählten Bereiche in einem Übergang erster Ordnung zwischen dem magnetischen und nicht-magnetischen Zustand umzuschalten} Rückführen der ausgewählten Filmbereiche aufjeine Temperatur längs der thermischen Hysteresissohlsife des Films, wobei die ausgewählten Filmbereiche im wesentlichen in dem umgeschalteten magnetischen Zustand bleiben, und Abtasten des magnetischen Zustande der Filmbereiche.

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   22. Verfahren zur Informationsspeicherung und "^atenrückgewinnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß · die gespeicherte Information durch eine mechanische Beanspruchung des Films gelöscht wird.

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