RU2034337C1

RU2034337C1 - Process of magnetic recording and reproduction from magnetic medium

Info

Publication number: RU2034337C1
Authority: RU
Inventors: М.А. Марценюк; Н.М. Марценюк
Original assignee: Марценюк Михаил Андреевич; Марценюк Николай Михайлович
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: inhomogeneously magnetized particles exposed to action of vorticity magnetic field changing toroidal moment of particle are proposed to be used as elementary media of information in compliance with process. EFFECT: increased density of recording and its stability, prolonged time of information storage and improved capacity of medium. 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам магнитной записи и воспроизведения сигналов. Оно позволяет повысить долговечность записи благодаря более высокой устойчивости частиц с тороидным намагничиванием, используемых в качестве носителей информации, к воздействию внешних полей и увеличить плотность записи за счет значительного ослабления взаимодействия между частицами. The invention relates to methods for magnetic recording and reproduction of signals. It allows to increase the durability of the recording due to the higher resistance of particles with toroidal magnetization used as information carriers to external fields and to increase the recording density due to a significant weakening of the interaction between particles.

Наиболее близким к предлагаемому является способ магнитной записи [1] в котором основным элементом записи и хранения информации является частица ферромагнитного материала, запрессованная в полимерную матрицу, перемагничивающуюся под влиянием магнитного поля. Благодаря анизотропии формы или кристаллической анизотропии частица имеет два направления наиболее благоприятного намагничивания. Процесс записи сигнала состоит в том, что при наложении перемагничивающего магнитного поля Н частица может изменить ориентацию вектора магнитного момента М на противоположное, если поле направлено противоположно начальной ориентации намагничивания. При воспроизведении сигнала намагниченные частицы замыкают магнитную цепь считывающей головки, в результате чего в электрической цепи возникает переменный сигнал, зависящий от направления намагничивания частицы М. Здесь описана идеализированная картина процесса, так как в действительности запись и воспроизведение сигнала обеспечивается большим числом частиц. Closest to the proposed method is a magnetic recording method [1] in which the main element of recording and storing information is a particle of ferromagnetic material, pressed into a polymer matrix, magnetized under the influence of a magnetic field. Due to the shape anisotropy or crystalline anisotropy, the particle has two directions of the most favorable magnetization. The process of recording a signal is that when a magnetizing magnetic field H is applied, a particle can reverse the orientation of the magnetic moment vector M if the field is directed opposite to the initial orientation of magnetization. When a signal is reproduced, magnetized particles close the magnetic circuit of the read head, as a result of which an alternating signal appears in the electric circuit, depending on the direction of magnetization of particle M. An idealized picture of the process is described here, since in reality the signal is recorded and reproduced by a large number of particles.

Однако из-за сильного магнитного взаимодействия между частицами при записи сигнала кроме перемагничивающего поля Н на частицу действует также суммарное поле, создаваемое окружающими ее частицами. Вследствие этого для достижения высокого качества записи приходится ограничивать плотность записи (число перемагничиваний на единицу длины дорожки). However, due to the strong magnetic interaction between the particles, when recording a signal, in addition to the magnetizing field H, the total field created by the particles surrounding it also acts on the particle. As a result of this, in order to achieve high recording quality, it is necessary to limit the recording density (the number of magnetization reversal per unit track length).

Кроме того, частицы, взаимодействуя с внешним однородным магнитным полем, могут перемагнититься, в результате чего запись вообще может быть испорчена. In addition, particles interacting with an external uniform magnetic field can be magnetized, as a result of which the recording can be damaged at all.

Одним из известных эффектов влияния внешниx полей является так называемый копирэффект [2] возникающий при хранении свернутой в рулон магнитной ленты и заключающийся в том, что соседствующие слои ленты могут взаимно намагнититься. Взаимодействие между частицами также ограничивает плотность записи сигнала (число переключений на единицу длины записывающей дорожки). One of the known effects of the influence of external fields is the so-called copy effect [2] arising during storage of a rolled up magnetic tape and consisting in the fact that adjacent layers of the tape can be mutually magnetized. The interaction between particles also limits the recording density of the signal (the number of switchings per unit length of the recording track).

Цель изобретения повышение плотности магнитной записи и ее устойчивости к внешним полям, что позволит увеличить долговечность записи и емкость носителя. The purpose of the invention is to increase the density of magnetic recording and its resistance to external fields, which will increase the durability of the recording and the capacity of the medium.

Для этого в качестве элементарных носителей информации предлагается использовать неоднородно намагниченные частицы, на которые воздействуют вихревым магнитным полем, изменяющим тороидный момент частицы. Вектор тороидного момента Т rotM(r) описывает вихревое (тороидное) намагничивание неоднородно намагниченной ферромагнитной частицы. Как известно, тороидным намагничиванием обладают, например, частицы железа с размерами от 0,04 до 0,15 мкм. Такие частицы слабо взаимодействуют между собой и с однородным внешним магнитным полем. Запись и воспроизведение сигнала в этом случае должны производиться с помощью вихревого магнитного поля, которое взаимодействует с тороидным моментом частицы. Вихревое магнитное поле может быть получено путем создания переменного электрического поля Е(t), которое согласно уравнению Максвелла эквивалентно созданию ротора магнитного поля, или некоторым распределением токов G rotH (1/c)[(∂E/∂t) + 4πj]
Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом позволило установить соответствие его критерию изобретения "новизна". При изучении других технических решений в данной области техники признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".To this end, it is proposed to use inhomogeneously magnetized particles as elementary information carriers that are affected by a vortex magnetic field that changes the toroidal moment of the particle. The toroidal moment vector T rotM (r) describes the vortex (toroidal) magnetization of a nonuniformly magnetized ferromagnetic particle. As is known, for example, iron particles with sizes from 0.04 to 0.15 μm possess toroidal magnetization. Such particles interact weakly with each other and with a uniform external magnetic field. Recording and reproduction of the signal in this case should be carried out using a vortex magnetic field, which interacts with the toroidal moment of the particle. A vortex magnetic field can be obtained by creating an alternating electric field E (t), which according to Maxwell's equation is equivalent to creating a magnetic field rotor, or by some current distribution G rotH (1 / c) [(∂E / ∂t) + 4πj]
Comparison of the invention with the prototype allowed us to establish compliance with its criteria of the invention of "novelty." When studying other technical solutions in this technical field, the features that distinguish the invention from the prototype were not identified and therefore they provide a technical solution that meets the criterion of "significant differences".

На фиг.1-4 показан предложенный способ. Figure 1-4 shows the proposed method.

Согласно изобретению в качестве элементарных носителей информации предлагается использовать неоднородно намагниченные ферромагнитные частицы с вихревым (тороидным) намагничиванием Т (фиг.2а). Для моделирования распределения намагниченности по объему частицы была использована следующая схема расчета. Исходная частица представляется в виде системы точечных диполей, которые взаимодействуют между собой и с неоднородным внешним магнитным полем. Что касается взаимодействия с полем анизотропии, то была принята во внимание только анизотропия формы частиц, которая эффективно учитывается геометрическим расположением точечных диполей. According to the invention, it is proposed to use nonuniformly magnetized ferromagnetic particles with vortex (toroidal) magnetization T as elementary information carriers (Fig. 2a). To simulate the distribution of magnetization over the particle volume, the following calculation scheme was used. The initial particle is represented as a system of point dipoles that interact with each other and with an inhomogeneous external magnetic field. As for the interaction with the anisotropy field, only the anisotropy of the particle shape was taken into account, which is effectively taken into account by the geometric arrangement of point dipoles.

Предполагая, например, что диполи расположены в вершинах квадрата, мы получим, что при отсутствии поля их магнитные моменты образуют кольцевую структуру (фиг.2б) с равным нулю суммарным магнитным моментом, но с отличным от нуля тороидным моментом Т. Тороидный момент такой системы может иметь два энергетически выгодных направления, которые перпендикулярны плоскости квадрата. Под действием вихревого магнитного поля происходит изменение направления тороидного момента на противоположное. Кривая гистерезиса T T(G), рассчитанная для модели четырех диполей, аналогична кривой гистерезиса М М(Н), показанной на фиг.1б. Assuming, for example, that dipoles are located at the vertices of a square, we find that, in the absence of a field, their magnetic moments form a ring structure (Fig. 2b) with a total magnetic moment equal to zero, but with a non-zero toroidal moment T. The toroidal moment of such a system can have two energetically advantageous directions that are perpendicular to the plane of the square. Under the influence of a vortex magnetic field, the direction of the toroidal moment changes to the opposite. The hysteresis curve T T (G) calculated for the four dipole model is similar to the hysteresis curve M M (H) shown in FIG. 1 b.

Расчетная величина ротора магнитного поля G, при котором происходит перемагничивание частицы (эта величина аналогична коэрцитивной силе, поэтому далее обозначим ее символом G_c), равна 4 M_s/a. Считая намагниченность насыщения материала частиц M_s равной 10² ед. CGS (обычное значение этой величины для окислов железа γ-Fe₂O₃ и Fe₃O₄), а размер частицы равным 10^-5 см, для поля перемагничивания получим оценку G_c ≈ 10⁷ Э/см. Для создания такого большого градиента поля потребовался бы и очень большой ток (сотни ампер). Если же использовать частицы с малым значением M_s, то это уменьшит долговечность записи. Однако величина G_c может быть уменьшена только на момент записи, если параллельно записывающему полю G наложить однородное магнитное поле Н (фиг. 2в). На фиг.3 показано расположение магнитных моментов частиц для двух значений постоянного поля Н (Н₁ > Н₂), из которого видно, что при наличии поля Н существенно облегчается возможность переворота тороидного момента частицы. На фиг.4 показана зависимость поля перемагничивания G_c от величины Н.The calculated value of the rotor of the magnetic field G, at which the magnetization reversal of the particle occurs (this value is similar to the coercive force, therefore, we denote it by G _c ), equal to 4 M _s / a. Assuming the saturation magnetization of the particle material M _s to be equal to 10 ² units. CGS (the usual value of this value for iron oxides is γ-Fe ₂ O ₃ and Fe ₃ O ₄ ), and the particle size is 10 ^-5 cm, for the magnetization reversal field we obtain the estimate G _c ≈ 10 ⁷ E / cm. To create such a large field gradient would require a very large current (hundreds of amperes). If you use particles with a small value of M _s , then this will reduce the durability of the record. However, the value of G _c can be reduced only at the time of recording, if a uniform magnetic field H is applied parallel to the recording field G (Fig. 2c). Figure 3 shows the location of the magnetic moments of the particles for two values of the constant field H (H ₁ > H ₂ ), from which it can be seen that in the presence of the field H, the possibility of an inversion of the toroidal moment of the particle is significantly facilitated. Figure 4 shows the dependence of the magnetization reversal field G _c on the value N.

Конструкция записывающей головки схематически изображена на фиг.2в. На конденсатор подается переменное напряжение, в результате чего в области контакта с магнитной лентой создается вихревое магнитное поле, пропорциональное производной по времени от подаваемого напряжения. Дополнительное подмагничивающее поле Н может быть создано, например, магнитной головкой. Если ротор магнитного поля превышает величину G_c, соответствующую данному Н, то при противоположной ориентации векторов G и Т происходит переориентация тороидного момента частицы. В противном случае тороидный момент частицы не изменяется.The design of the recording head is shown schematically in FIG. An alternating voltage is applied to the capacitor, as a result of which a vortex magnetic field is created in the area of contact with the magnetic tape, which is proportional to the time derivative of the applied voltage. An additional magnetizing field H can be created, for example, by a magnetic head. If the rotor of the magnetic field exceeds the value of G _c corresponding to a given H, then with the opposite orientation of the vectors G and T, the toroidal moment of the particle is reoriented. Otherwise, the toroidal moment of the particle does not change.

Статическое поле вне идеального неподвижного тороида равно нулю. Движущийся тороид создает вокруг себя переменное электрическое поле, которое может быть "принято" тем же конденсатором (фиг.2в), играющим теперь роль воспроизводящей головки. При этом для увеличения интенсивности сигнала тороидные моменты частиц можно дополнительно "раскачивать" переменным, но однородным магнитным полем Н. Второй способ воспроизведения тороидной записи состоит в том, что на конденсатор подают пилообразное напряжение, возбуждающее в нем ротор магнитного поля определенной ориентации. Движущиеся поляризованные тороидные частицы в зависимости от того, как они ориентированы (по направлению этого rotH или против него) изменяют энергию поля в конденсаторе и тем самым меняют его импеданс. Предложенный способ записи и воспроизведения позволяет повысить долговечность записи благодаря более высокой устойчивости тороидных частиц к воздействию внешних полей и увеличить плотность записи за счет значительного ослабления взаимодействия между частицами. A static field outside an ideal fixed toroid is zero. A moving toroid creates an alternating electric field around itself, which can be "accepted" by the same capacitor (Fig.2c), which now plays the role of a reproducing head. Moreover, to increase the signal intensity, the toroidal moments of the particles can be additionally “pumped” by an alternating but uniform magnetic field N. The second method of reproducing the toroidal recording is that a sawtooth voltage is applied to the capacitor, exciting a rotor of a magnetic field of a certain orientation in it. Moving polarized toroidal particles, depending on how they are oriented (in the direction of this rotH or against it) change the field energy in the capacitor and thereby change its impedance. The proposed method of recording and reproducing allows to increase the durability of the recording due to the higher resistance of the toroid particles to external fields and to increase the recording density due to a significant weakening of the interaction between the particles.

Claims

METHOD FOR MAGNETIC RECORDING AND PLAYBACK FROM A MAGNETIC RECORDING MEDIA, which consists in interacting with a magnetic field of magnetized particles of a carrier, changing the orientation of the moment of these particles, and recording parameters of magnetized particles during reproduction, characterized in that, in order to increase the density of magnetic recording and the reliability of reproduction inhomogeneously magnetized particles of the carrier act by a vortex magnetic field that changes the toroidal moment of the particles, and when reproduced, they are recorded electrically e field excited by a moving particle of the carrier.