RU2047916C1

RU2047916C1 - Method for recording and reproducing information

Info

Publication number: RU2047916C1
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Грошенко; Александр Иванович Банщиков; Олег Владимирович Курносиков
Original assignee: Симферопольский государственный университет им.М.Ф.Фрунзе
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1992-05-21
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: recording and reproducing information. SUBSTANCE: method can be used in computer engineering and instrument making. method involves recording data by means of scanning over surface of recording layer of information carrier. Scanning is done by needle in mode of tunnel current which is modulated according to given code. Carrier of information has two layers. Reading of information is performed by scanning laser beam which wavelength provides photo effect for one layer of information carrier. Resulted photo electrons are amplified and detected. EFFECT: increased density of recording, increased speed, decreased wearing of carrier and increased durability of recorded information. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к средствам записи и считывания информации и может быть использовано в вычислительной технике. The invention relates to a means of recording and reading information and can be used in computer technology.

Известен способ термомагнитной записи/считывания информации, включающий воздействие электронного луча на движущийся носитель, на который предварительно наносят тонкий слой материала, обладающего вторичной электронной эмиссией и при считывании в области адресации электронного луча создают электрическое поле, а регистрацию считываемой информации осуществляют путем измерения тока вторичных электронов [1]
Недостатком такого способа является низкая плотность записи информации и износ носителя за счет взаимодействия со считывающим электронным пучком.A known method of thermomagnetic recording / reading of information, including the action of an electron beam on a moving carrier, on which a thin layer of material with secondary electron emission is preliminarily applied, and when read in the region of the electron beam is created an electric field, and the read information is recorded by measuring the current of secondary electrons [1]
The disadvantage of this method is the low density of information and the wear of the medium due to interaction with the read electron beam.

В качестве прототипа выбран способ записи и воспроизведения информации, основанный на модификации поверхности регистрирующего слоя и регистрации возникших изменений с помощью острия сканирующего туннельного микроскопа. При сканировании острия над регистрирующим слоем между ними прикладываются импульсы напряжения, повышенная плотность туннельного тока или напряженность электрического поля приводят к модификации поверхности, чем осуществляется запись информации. Считывание производится за счет регистрации туннельного тока при сканировании острия над модифицированной поверхностью регистрирующего поля. Изменение тока будет соответствовать записанной информации. Считывание производится за счет регистрации туннельного тока при сканировании острия над модифицированной поверхностью регистрирующего поля. Изменение тока будет соответствовать записанной информации. As a prototype, a method of recording and reproducing information based on the modification of the surface of the recording layer and registration of the changes using the tip of a scanning tunneling microscope is selected. When scanning the tip above the recording layer, voltage pulses are applied between them, an increased density of the tunneling current or electric field strength leads to surface modification, thereby recording information. Reading is performed by registering the tunneling current when scanning the tip over the modified surface of the recording field. The change in current will correspond to the recorded information. Reading is performed by registering the tunneling current when scanning the tip over the modified surface of the recording field. The change in current will correspond to the recorded information.

Недостатком данного способа является малая скорость записи и считывания, а также быстрый износ носителя и острия. The disadvantage of this method is the low write and read speeds, as well as the rapid wear of the carrier and the tip.

Цель изобретения повышение плотности записи. The purpose of the invention is to increase the recording density.

Заявляемый способ включает запись информации путем модификации поверхности регистрирующего слоя при сканировании острия туннельного микроскопа и приложения между острием и поверхностью импульсов напряжения по заданному закону, соответствующему записываемой информации. Отличие его от известного заключается в том, что носитель информации выполняют двухслойным из материалов, имеющих различную работу выхода электрона и при записи первый слой за время воздействия туннельного тока удаляется в месте воздействия на всю глубину. Наличие отверстия в слое один соответствует записанной единице, а отсутствие его нулю. Участок с системой нанесенных на нем углублений, соответствует странице записанной информации. Считывание осуществляют, освещая носитель информации лазерным лучом. Вследствие фотоэффекта с поверхности пленки выбиваются электроны, но из-за разницы в работе выхода первого и второго слоя фотоэлектроны не вылетают из участков с большей работой выхода, что обеспечивается подбором длины волны лазерного излучения. С помощью электростатической линзы на экран получают увеличенное изображение страницы на экране или регистраторе электрона, помещенных за линзой, при этом участки, не испускающие фотоэлектроны, выглядят на получаемом изображении в виде темных областей, испускающие светлых. Предлагаемый способ записи/считывания обеспечивает высокую плотность записи, а также уменьшение износа носителя. The inventive method includes recording information by modifying the surface of the recording layer when scanning the tip of a tunneling microscope and applying voltage pulses between the tip and the surface according to a predetermined law corresponding to the recorded information. Its difference from the known one lies in the fact that the information carrier is made of two-layer materials that have different electron work function, and when recording the first layer is removed at the entire depth at the site of exposure during the tunneling current. The presence of a hole in layer one corresponds to the recorded unit, and the absence of it to zero. A plot with a system of grooves applied thereon corresponds to a page of recorded information. Reading is carried out by illuminating the information carrier with a laser beam. Due to the photoelectric effect, electrons are knocked out of the film surface, but due to the difference in the work function of the first and second layer, photoelectrons do not fly out from areas with a larger work function, which is ensured by the selection of the laser radiation wavelength. Using an electrostatic lens, an enlarged image of the page on the screen or an electron recorder placed behind the lens is obtained on the screen, while the areas that do not emit photoelectrons look on the resulting image in the form of dark areas that emit light. The proposed method of recording / reading provides a high recording density, as well as reducing wear of the medium.

Способ реализуют следующим образом. The method is implemented as follows.

На фиг.1 изображен носитель информации; на фиг.2 схема системы считывания. Figure 1 shows a storage medium; figure 2 diagram of the reading system.

В качестве носителя информации берут двухслойную систему фиг.1, один слой (подложка), которой пиролитический графит, работа выхода его составляет 4,7 эВ, а другой слой индий с работой выхода 3,8 эВ. Значения величины работы выхода для возможных комбинаций материалов приведены в таблице. С помощью сканирующего туннельного микроскопа путем изменения разности потенциалов между острием и носителем осуществляют запись информации за счет удаления верхнего слоя индия на всю его глубину до слоя пиролитического графита в определенных местах на носителе. При этом участок размером порядка 1 мкм х 1 мкм с системой вытравленных на нем углублений соответствует странице записанной информации. Для считывания производят освещение страницы с записанной информацией лазерным лучом с длиной волны λ≈ 0,3 мкм. Смену страницы осуществляют за счет адресации лазерного излучения к различным областям поверхности, соответствующим разным страницам или за счет перемещения носителя информации при неизменном положении лазерного луча. Во втором случае упрощается задача по формированию изображения участка поверхности со считываемой информацией. As the information carrier, take the two-layer system of figure 1, one layer (substrate), which is pyrolytic graphite, its work function is 4.7 eV, and the other indium layer with a work function of 3.8 eV. The values of the work function for possible combinations of materials are given in the table. Using a scanning tunneling microscope, by changing the potential difference between the tip and the carrier, information is recorded by removing the upper indium layer to its entire depth to the pyrolytic graphite layer in certain places on the carrier. In this case, a plot of about 1 μm x 1 μm in size with a system of grooves etched on it corresponds to a page of recorded information. For reading, the page with the recorded information is illuminated with a laser beam with a wavelength of λ ≈ 0.3 μm. The page change is carried out by addressing the laser radiation to different regions of the surface corresponding to different pages or by moving the information carrier with the laser beam unchanged. In the second case, the task of forming an image of a surface area with read information is simplified.

При освещении лазерным лучом фотоэлектроны выбиваются из индия и не выбиваются в тех местах, где слой индия удален, поскольку пороговая длина волны внешнего фотоэффекта для индия λ 0,3 мкм, а для графита λ= 0,24 мкм. Для выбранной комбинации материалов длины волны считывающего лазерного излучения должна лежать в пределах 0,24 < λ < 0,3 мкм. Вылетевшие фотоэлектроны, пройдя через электростатическую линзу, образуют изображение поверхности и регистрируются. Так как участки с удаленным слоем индия не испускают фотоэлектронов, они будут выглядеть на изображении темными пятнами на светлом фоне. Материалы слоев можно поменять местами, при этом регистрируемая картина будет выглядеть инверсной светлые пятна на темном фоне. Плотность записи составляет 10⁸-10¹⁰ бит/см².When illuminated with a laser beam, the photoelectrons are knocked out of indium and not knocked out in those places where the indium layer is removed, since the threshold wavelength of the external photoelectric effect for indium is λ 0.3 μm, and for graphite λ = 0.24 μm. For the selected combination of materials, the wavelength of the readout laser radiation should lie within 0.24 <λ <0.3 μm. The emitted photoelectrons, passing through an electrostatic lens, form an image of the surface and are recorded. Since the areas with the removed indium layer do not emit photoelectrons, they will appear in the image as dark spots on a light background. The materials of the layers can be interchanged, while the recorded pattern will look inverse light spots on a dark background. The recording density is 10 ⁸ -10 ¹⁰ bit / cm ² .

Этот же эффект может быть получен на однослойной пленке, если с помощью туннельного микроскопа без удаления материала пленку изменить величину работы выхода в данном месте пленки за счет взаимодействия материала пленки с туннелирующими электронами. Для этих целей можно использовать однослойную пленку например, из пиролитического графита. Процесс считывания в данном случае не отличается от вышеописанной. The same effect can be obtained on a single-layer film if, using a tunneling microscope without removing the material, the film changes the work function at a given location of the film due to the interaction of the film material with tunneling electrons. For these purposes, you can use a single-layer film, for example, of pyrolytic graphite. The reading process in this case does not differ from the above.

Предложенный способ записи может быть реализован на следующем оборудовании. The proposed recording method can be implemented on the following equipment.

Регистрирующая поверхность подготавливается для записи. Для этого производится скол кристалла пиролитического графита, на поверхность которого методом ионного распыления наносится пленка индия толщиной ≈ 10-100 нм. Подготовленный образец помещается в сканирующий туннельный микроскоп. При сканировании острия над поверхностью слоя индия в режиме захваченного туннельного тока к нему прикладываются импульсы напряжения, в результате чего происходит удаление индия из области образца, расположенной непосредственно под острием. Длительность приложенного импульса и его амплитуда подбираются предварительно из интервала 1 мск 1 мс, 1-10В, так, чтобы достичь оптимального удаления материала. После сканирования туннельного микроскопа составляет порядка 1 х 1 мкм, при этом может быть записано до 10⁴ бит информации.The recording surface is prepared for recording. For this purpose, a crystal of pyrolytic graphite is cleaved onto the surface of which an indium film ≈ 10-100 nm thick is deposited by ion sputtering. The prepared sample is placed in a scanning tunneling microscope. When scanning the tip above the surface of the indium layer in the regime of a captured tunneling current, voltage pulses are applied to it, as a result of which the indium is removed from the region of the sample located directly below the tip. The duration of the applied pulse and its amplitude are preliminarily selected from the interval 1 MSK 1 ms, 1-10V, so as to achieve optimal removal of the material. After scanning, the tunneling microscope is about 1 x 1 μm, and up to 10 ⁴ bits of information can be recorded.

Записанную информацию считывают в системе аналогичной эмиссионному электронному микроскопу, в которой используется фотоэмиссия электронов. Образец 1 облучается лазерным излучением, сфокусированным линзой 3 до пятна диаметром порядка 1 мкм. Длина волны лазера выбирается из условий

< λ <

где h постоянная Планка;
с скорость света в вакууме;
W₁ и W₂ работа выхода электронов из материала первого и второго слоя соответственно.The recorded information is read in a system similar to an emission electron microscope that uses electron photoemission. Sample 1 is irradiated with laser radiation focused by lens 3 to a spot with a diameter of the order of 1 μm. The laser wavelength is selected from the conditions

<λ <

where h is Planck's constant;
c is the speed of light in vacuum;
W ₁ and W ₂ work the electron exit from the material of the first and second layer, respectively.

В качестве лазера может быть использован лазер ЛГН-504 с λ 0,285 мкм. Выбитые электроны ускоряются электрическим полем Е, приложенным перпендикулярно к поверхности образца, и проходят через систему электронов 4, образующих электростатическую линзу. Линза формирует электронное изображение поверхности, с которой происходит эмиссия, на экране 5. В плоскости экрана может располагаться матрица датчиков, регистрирующих электронное изображение для дальнейшего использования принятой информации в информационно-вычислительных системах. As a laser, the LGN-504 laser with λ 0.285 μm can be used. Knocked out electrons are accelerated by an electric field E applied perpendicular to the surface of the sample and pass through a system of electrons 4 forming an electrostatic lens. The lens forms an electronic image of the surface from which the emission occurs, on the screen 5. In the plane of the screen there may be a matrix of sensors recording the electronic image for further use of the received information in information and computer systems.

Claims

METHOD FOR RECORDING AND PLAYING INFORMATION, which includes recording by scanning above the surface of the recording layer of the information carrier with a needle in the tunnel current mode, modulated in accordance with a given code and reproducing information, characterized in that the carrier is double-layered, and when the information is reproduced, it is affected by a scanning laser beam with a wavelength providing a photoelectric effect for one carrier layer, then the emitted photoelectrons accelerate and register.