JPS6070595A - Photochemical hole burning optical memory - Google Patents

Photochemical hole burning optical memory

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JPS6070595A
JPS6070595A JP58178127A JP17812783A JPS6070595A JP S6070595 A JPS6070595 A JP S6070595A JP 58178127 A JP58178127 A JP 58178127A JP 17812783 A JP17812783 A JP 17812783A JP S6070595 A JPS6070595 A JP S6070595A
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JP
Japan
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electric field
molecules
excited
state
switching
Prior art date
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JP58178127A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Mizushima
公一 水島
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C13/00Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/04Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam

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  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To shorten signal writing time by applying an external electric field or an internal electric field to a recording substance. CONSTITUTION:Although the photochemical hole burning phenomenon is generated by turning stable molecules to semi-stable state through excited state by photochemical reaction, the phonomenon is usually generated by the positional change of protons in the molecules. If proper molecules are selected, an energy wall under the excited state is sufficiently low as compared to the energy wall of basis state and switching is made possible, so that only the molecules excited by light when applying an electric field with proper intensity to the molecules can be selectively switched. Thus, the switching speed of protons can be increased by combining selective excitation by light and switching operation by the excited electric field.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の属する技術分野] 本発明は、コンピューターの外部記憶装置としての応用
が期待されているPHB (フォトケミカルホールバー
ニング)法による高密度光メモリーに関するものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field to which the Invention Pertains] The present invention relates to a high-density optical memory using the PHB (photochemical hole burning) method, which is expected to be applied as an external storage device for computers.

[従来技術とその問題点] コンピー−ターの情報処理能力の向上に伴い、短時間に
大量処理きれた情報を一時的に保存したシ、また必要に
応じて出力できる記憶装置、すなわち外部記憶装置の記
憶密度の向上が望まれている。
[Prior art and its problems] As the information processing ability of computers has improved, storage devices that can temporarily store large amounts of information that can be processed in a short period of time and output it as needed, that is, external storage devices, have become popular. It is desired to improve the storage density of

現在量もよく利用されている通常の磁気ディスクの記憶
密度の上限は、磁極間相互作用のため107ビツト/c
11程度と考えられ、又垂直磁化法による磁気ディスク
では108ビツト/d程度と考えられている。
The upper limit of the storage density of ordinary magnetic disks, which are currently widely used, is 107 bits/c due to interaction between magnetic poles.
It is thought to be about 11 bits/d, and for magnetic disks using the perpendicular magnetization method, it is thought to be about 108 bits/d.

一方、光デイスクメモリーでは、ディジタル信号をレー
ザー光のオン−オフとして基板上に照射し、1μm大の
ビットを作ることによって記録する。
On the other hand, in an optical disk memory, a digital signal is recorded by irradiating a substrate with on/off laser light to create bits of 1 μm in size.

読み出しには、弱い光度のレーザーを照射し、光の強度
や位相の変化として検知する。この方法の記録密度の限
界は、光の回折現象によってきまり108ビツト/d程
度である。
For reading, a low-intensity laser is irradiated, and changes in the intensity and phase of the light are detected. The limit of the recording density of this method is determined by the phenomenon of light diffraction and is approximately 108 bits/d.

光メモリーをさらに高密度化する一つの方法とシテ、現
在フオトケミカルホールノぐ一ニング(PHB)という
現象を利用した光メモリーが研究されている。
One method of increasing the density of optical memory is currently researching optical memory that utilizes a phenomenon called photochemical hole blocking (PHB).

PHB光メモリーのアイディアは1978年IBM8a
n JOse研究所から発表され、通常の光メモリーの
1000倍程度0高密度記録が可能と考えられているが
、以下にその原理と問題点の概略を述べる。
The idea for PHB optical memory came from IBM8a in 1978.
It was announced by the JOse Research Institute and is thought to be capable of zero-high density recording, which is about 1000 times that of normal optical memory.The principle and problems are outlined below.

ある物質の光吸収スペクトルが、狭い線巾IMhをもつ
吸収線の集ましからなっている場合を考える。スペクト
ル全体の巾△ωlは吸収を示す個々の分子の環境が互い
にわずかに異な9ていることから生じている。このスペ
クトル中の任意の波長に同調可能なレーザーを用いて光
を照射すると、その波長の光を吸収した分子が励起状態
を介して基底状態とは異なる準安定状態に移ってしまう
場合がある。従ってこの物質は、強いレーザー光を照射
された後は、その波長での光の吸収が減少あるいは消失
してしまい、スペクトルにくぼみ(ホール)がで終る。
Consider a case in which the optical absorption spectrum of a certain substance consists of a collection of absorption lines with a narrow linewidth IMh. The width Δωl of the entire spectrum arises from the fact that the environments of individual molecules exhibiting absorption are slightly different from each other9. When light is irradiated using a laser that can be tuned to any wavelength in this spectrum, molecules that absorb light at that wavelength may shift to a metastable state different from the ground state via an excited state. Therefore, after this substance is irradiated with intense laser light, the absorption of light at that wavelength decreases or disappears, resulting in a hole in the spectrum.

この現象を利用すると、物質にホールの有無によって波
長目盛のバイナリ−コードを書き込むことができる。読
みとりには、弱い光の可同調レーザーを用いて、吸収ス
ペクトルを測定すればよい。この物質を多数2次元的に
配列すれば、高密度記録素子が得られる。記録密度は、
作られるホールの幅とスペクトルの幅△ωiの比に依存
するが、この比は10〜10 程度である。
Utilizing this phenomenon, it is possible to write a binary code on a wavelength scale depending on the presence or absence of holes in a material. For reading, the absorption spectrum can be measured using a weak tunable laser. A high-density recording element can be obtained by arranging a large number of these materials two-dimensionally. The recording density is
It depends on the ratio between the width of the hole created and the width of the spectrum Δωi, but this ratio is about 10 to 10.

初めに用いられた機能物質は、ポルフィリンであるが、
記録には100μm/7のレーザー光で約1秒間行って
いる。効率は約1チと極めて悪い。その後種々の物質が
試みられ、最も効率のよいものとして、ポリマーに7タ
ロシアニンを分散した系が注目されている。
The first functional substance used was porphyrin,
Recording was performed using a 100 μm/7 laser beam for about 1 second. The efficiency is extremely low at about 1 inch. Various materials have since been tried, and a system in which 7-thalocyanine is dispersed in a polymer has attracted attention as the most efficient.

PHB光メモリーの欠点は、ホールを安定に存在させる
ためには、レーザーで照射されろ物質を液体ヘリウム温
度近くの低温に保たねばならないことと、その効率が極
めて悪く、信号の書き込みに時間がかかるととである。
The disadvantages of PHB optical memory are that in order for the holes to exist stably, the material that is irradiated with the laser must be kept at a low temperature close to the temperature of liquid helium, and its efficiency is extremely low, so it takes a long time to write the signal. It takes a while.

[発明の目的] 本発明の目的は、上記フォトケミカルホールバーニング
法による光メモリーの信号書角込み時間を短縮しようと
するものである。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to shorten the signal writing time of an optical memory using the photochemical hole burning method.

[発明の概要] フォトケミカルホールバーニングの現象は、安定状態に
ある分子が光化学反応により、励起状態を介して準安定
状態に移行することによって生ずることを上で述べたが
、多くの場合その反応は分子中のプロトンの位置が変化
することによって生ずる。第1図(a) 、 (b)に
その原理図を示す。
[Summary of the Invention] As mentioned above, the phenomenon of photochemical hole burning occurs when molecules in a stable state transition to a metastable state via an excited state due to a photochemical reaction. is caused by a change in the position of protons in the molecule. Figures 1(a) and 1(b) show diagrams of its principle.

励起状態を介してプロトンの位置が変化するくわしいメ
カニズムについては現在よく分っていないが、第1図(
b)の励起状態においてプロトンが5itelからBi
 te 2 ヘ移行する場合、singlet Slを
介する過程は大きなエネルギー障壁のだめ極めて遅く、
*riplet To、Tlを介する過程によると考え
られている。
Although the detailed mechanism by which the proton position changes through the excited state is currently not well understood, it is shown in Figure 1 (
In the excited state of b), the proton changes from 5itel to Bi
When transitioning to te 2 , the process via singlet Sl is extremely slow due to a large energy barrier;
*ripple To, thought to be due to a process mediated by Tl.

一方、プロトンの移動は、光化学反応によらず電場によ
っても可能である。例えば第2図に示すhemtqui
nove K ツl、、、 テ、基底状態にオイテIO
’V/二程度の電場によってスイッチングが可能であろ
うと予測されている。
On the other hand, the movement of protons is possible not only by photochemical reactions but also by electric fields. For example, hemtqui shown in FIG.
nove K
It is predicted that switching will be possible with an electric field on the order of 'V/2.

さら忙適当な分子を選択すれば、励起状態におけるエネ
ルギー障壁が、基底状態におけるエネルギー障壁に比較
して十分小さく、基底状態におけるスイッチングには1
06v/cWL以上の電場を必要としても、励起状態に
おいては、10 ’ V 7cm以下の電場によりスイ
ッチングが可能な場合が考えられる。
Furthermore, if a suitable molecule is selected, the energy barrier in the excited state is sufficiently small compared to the energy barrier in the ground state, and switching in the ground state requires 1
Even if an electric field of 0.6 V/cWL or more is required, switching may be possible in an excited state with an electric field of 10' V 7 cm or less.

したがって適当な強さの電場を加えることによって光に
よって励起された分子のみを選択的にスイッチングさせ
ることができる。
Therefore, by applying an electric field of appropriate strength, only molecules excited by light can be selectively switched.

即ち、分子のプロトン位置のスイッチングを光化学反応
によるのではなく、光による選択的励起と励起状態にお
ける分子の電場(でよるスイッチングを組合せることに
よりスイッチング速度の高速化が期待される。
That is, instead of switching the proton position of a molecule by a photochemical reaction, it is expected that the switching speed will be increased by combining selective excitation by light and switching by an electric field of the molecule in the excited state.

本発明は、従来のP HB法における光化学反応による
プロトンのスイッチングに代えて、光による選択的励起
と励起状態におけるgLmによるスイッチングとを組合
せることにより、プロトンのスイッチング速度の高速化
を行うものである。
The present invention increases the proton switching speed by combining selective excitation by light and switching by gLm in the excited state, instead of proton switching by photochemical reaction in the conventional PHB method. be.

ここでいう電場は外部から加える電場だけでなく、ショ
ットキーへテロ、ホモ接合等によって生ずる内部電場で
もよい。
The electric field referred to here may be not only an externally applied electric field but also an internal electric field generated by a Schottky heterojunction, a homojunction, or the like.

外部電場を印加する場合は、例えばネサガラス電極上に
色素が溶融されたポリマー膜を数ミクロンの厚さに形成
し、他方の面にアルミニウムを蒸着し、もう一方の電極
とすることによって行うことができる。
When applying an external electric field, it can be done, for example, by forming a polymer film with a dye melted on it to a thickness of several microns on the Nesa glass electrode, and then depositing aluminum on the other surface to form the other electrode. can.

又、内部電場は、例えば色素が溶融されたポリマー膜と
基板金属との境界に生ずるショットキー障壁中の電場を
利用することができる。ショットキー電場の大きさは、
金属と色素との仕事函数の違いや、色素中に存在する不
純物の量、ポリマー中の色素の濃度に依存するが、10
’V/cm程度の電場を発生させることは可能である。
Further, as the internal electric field, for example, an electric field in a Schottky barrier generated at the boundary between the polymer film in which the dye is melted and the substrate metal can be used. The magnitude of the Schottky electric field is
Although it depends on the difference in work function between the metal and the dye, the amount of impurities present in the dye, and the concentration of the dye in the polymer,
It is possible to generate an electric field on the order of 'V/cm.

[発明の効果] 本発明による新しいフォトケミカルホールバーニング光
メモリーの方法によれば、記録密度を通常のフォトケミ
カルホールバーニング光メモリーと同程度のままその感
度即ち書き込み速度を増大させることができる。
[Effects of the Invention] According to the new photochemical hole-burning optical memory method of the present invention, it is possible to increase the sensitivity, that is, the writing speed, while keeping the recording density at the same level as that of a normal photochemical hole-burning optical memory.

[発明の実施例コ メタルフリーフタロシアニン及びPMMAをl :10
0の割合でMBKに溶融したものを厚さ100μのネサ
ガラス電極上にスピンコードし厚さ約1μの膜を形成し
、さらにその上にもう一方の電極としてアルミニウムを
蒸着した。
[Example of the invention: Cometal-free phthalocyanine and PMMA l:10
The MBK melted at a ratio of 0 was spin-coded onto a Nesa glass electrode with a thickness of 100 μm to form a film with a thickness of about 1 μm, and aluminum was further vapor-deposited thereon as the other electrode.

このサンプルに、4.2K において波長690nm。This sample has a wavelength of 690 nm at 4.2K.

1mW のレーザー光照射により、△6) h−0,3
5cytのホールが観測された。
By irradiating a laser beam of 1 mW, △6) h-0,3
A 5 cyt hole was observed.

膜の両端の電圧がIOV及びO■の場合についてホール
の形成により吸光率が5チ低下する時間をそれぞれ10
回測定したところ、電圧10Vの場合、平均22.6秒
、電圧OVの場合25.2 secとなり電場の効果が
認められた。
When the voltage across the membrane is IOV and O
When measured twice, the average time was 22.6 seconds when the voltage was 10V, and 25.2 seconds when the voltage was OV, indicating the effect of the electric field.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(→は9− hydroxy phenalen
ove u導体の安定及び準安定配置を示す図、第1図
(b)はフォトケミカルホールバーニングに関与するエ
ネルギー準位の概念図、横軸はプロトンの位置座標の図
、第2図はhemiquinove [4導体の二つの
安定配置を示す図である。 第1図 ン ン 第2図 1
Figure 1 (→ is 9-hydroxy phenalen
Figure 1 (b) is a conceptual diagram of the energy levels involved in photochemical hole burning, the horizontal axis is a diagram showing the position coordinates of protons, and Figure 2 is a diagram showing the stable and metastable configurations of the OVE U conductor. FIG. 4 shows two stable arrangements of four conductors. Figure 1 Figure 2 Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 物質の吸収スペクトル中にディジタル信号を記録するフ
ォトケミカルホールバーニング光メモリーにおいて、記
録物質に外部電場或は内部電場を加えることを特長とす
るフォトケミカルホールバーニング光メモリ−。
A photochemical hole-burning optical memory for recording digital signals in the absorption spectrum of a substance, which is characterized by applying an external electric field or an internal electric field to the recording substance.
JP58178127A 1983-09-28 1983-09-28 Photochemical hole burning optical memory Pending JPS6070595A (en)

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