RU2678502C1 - Material based on quartz glass to record information of increased density - Google Patents
Material based on quartz glass to record information of increased density Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678502C1 RU2678502C1 RU2018105245A RU2018105245A RU2678502C1 RU 2678502 C1 RU2678502 C1 RU 2678502C1 RU 2018105245 A RU2018105245 A RU 2018105245A RU 2018105245 A RU2018105245 A RU 2018105245A RU 2678502 C1 RU2678502 C1 RU 2678502C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quartz glass
- paramagnetic
- information
- recording
- defects
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000001362 electron spin resonance spectrum Methods 0.000 description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 10
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 9
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 4
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000005292 diamagnetic effect Effects 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- AGARWCYWARKJBC-UHFFFAOYSA-N C1=C(C)C(N)=CC2=NC3=CC(NC)=CC=C3N=C21 Chemical compound C1=C(C)C(N)=CC2=NC3=CC(NC)=CC=C3N=C21 AGARWCYWARKJBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020630 Co Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002440 Co–Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002555 FeNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 description 1
- 229910002845 Pt–Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N [O].[Si] Chemical compound [O].[Si] OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- LVEULQCPJDDSLD-UHFFFAOYSA-L cadmium fluoride Chemical compound F[Cd]F LVEULQCPJDDSLD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011111 cardboard Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000002889 diamagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 230000005414 paramagnetic center Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007540 photo-reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 102200091804 rs104894738 Human genes 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000004875 x-ray luminescence Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
- G11B7/26—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of record carriers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к созданию материала для оптико-магнитной записи информации повышенной плотности на основе диамагнитной матрицы - кварцевого стекла, характеризующегося высокими физико-химическими показателями, с равномерно распределенными парамагнитными нанокластерами.The invention relates to the creation of material for optical-magnetic recording of information of increased density on the basis of a diamagnetic matrix - quartz glass, characterized by high physico-chemical characteristics, with uniformly distributed paramagnetic nanoclusters.
Для записи и хранения цифровой информации на начальных стадиях развития информационной техники использовались различного вида магнитные носители, для получения которых на немагнитную подложку (картон, стекло, керамика, ситалл. пластик и т.д.) наносился слой магнитного материала, на который производилась запись. Так в авт. свид. SU 771718, (кл. G11C 11/14, приоритет от 16.11.1979) в качестве немагнитной подложки предлагалось использование стеклянной пластины, на которую наносился магнитный материал. Для изготовления носителя магнитной аудиозаписи в качестве немагнитной подложки предлагалось использование гибкой диэлектрической основы, на которую в атмосфере азота напылялся подслой InGa толщиной 10-20 нм, а затем магнитная пленка FeNi толщиной 30-50 нм (авт. свид. SU 1777171, кл. G11B 5/84, приоритет от 30.11.1990). При создании магнитного материала (среды для магнитной записи) возможно использование либо полимерного покрытия, содержащего магнитные однодоменные частицы (обычно γ-Fe03) с размером порядка 100 нм, либо тонкой (толщиной 50-150 нм) пленки магнитного металла, сплава или оксида (обычно используются сплавы на основе Со, например Co-Ni, Co-Ni-W, Co-Pt-Ni и т.д. (Magnetic recording. Ed. C.D. Mee and E.D. Daniel. McGraw Hill, 1995).For recording and storing digital information at the initial stages of the development of information technology, various types of magnetic media were used, for which a layer of magnetic material was deposited onto a non-magnetic substrate (cardboard, glass, ceramic, ceramic, plastic, etc.). So in auth. testimonial. SU 771718, (class G11C 11/14, priority dated 11/16/1979) as a non-magnetic substrate, it was proposed to use a glass plate on which magnetic material was applied. To fabricate a magnetic audio recording medium as a non-magnetic substrate, it was proposed to use a flexible dielectric base on which an InGa sublayer 10–20 nm thick was deposited in a nitrogen atmosphere, and then a FeNi magnetic film 30–50 nm thick (auth. SU 1777171, class G11B 5/84, priority from 11/30/1990). When creating magnetic material (magnetic recording medium), it is possible to use either a polymer coating containing magnetic single-domain particles (usually γ-Fe0 3 ) with a size of the order of 100 nm, or a thin (50-150 nm thick) film of a magnetic metal, alloy, or oxide ( Co based alloys are commonly used, for example Co-Ni, Co-Ni-W, Co-Pt-Ni, etc. (Magnetic recording. Ed. CD Mee and ED Daniel. McGraw Hill, 1995).
Недостатками этих методов являются довольно сложный технологический процесс, включающий много промежуточных этапов, и относительно большой размер сформированных магнитных частиц, резко ограничивающий плотность магнитной записи.The disadvantages of these methods are a rather complex technological process, including many intermediate steps, and the relatively large size of the formed magnetic particles, sharply limiting the density of magnetic recording.
Для решения проблемы повышения плотности записи необходимо уменьшение размеров магнитных частиц или зерен в пленке до размеров порядка 10 нм и ниже, что само по себе представляет сложную технологическую задачу. Для этого в патенте RU 2227941 (МПК H01F 10/08; G11B 5/714, приоритет от 07.06.2001) данная задача решается тем, что в качестве объектов, на которых осуществляется запись информации, предлагается использовать наноразмерные области (кластеры) с отличным от основной матрицы магнитным состоянием, образующиеся в результате введения в матрицу примесей или дефектов. Примеси или дефекты вводятся в магнитную матрицу, представляющую собой пленку, непосредственно в процессе ее формирования и распределяются в ней равномерно.To solve the problem of increasing the recording density, it is necessary to reduce the size of magnetic particles or grains in the film to sizes of the order of 10 nm or lower, which in itself is a complex technological problem. For this, in patent RU 2227941 (IPC H01F 10/08; G11B 5/714, priority dated June 7, 2001), this problem is solved by the fact that as objects on which information is recorded, it is proposed to use nanoscale regions (clusters) with different the main matrix with a magnetic state, which are formed as a result of the introduction of impurities or defects into the matrix. Impurities or defects are introduced into the magnetic matrix, which is a film, directly in the process of its formation and distributed evenly in it.
Интерес исследователей к магнитным носителям информации не ослабевает и в настоящее время. Так в одном из последних патентов RU 2635254 (МПК С08K 3/04; В82В 3/00, приоритет от 15.03.2016) разработан нанокомпозитный магнитный материал для модулей памяти на основе поли-3-амино-7-метиламино-2-метилфеназина и наночастиц Fe3O4, закрепленных на одностенных углеродных нанотрубках. Нанокомпозитный магнитный материал, включающий полимер и наночастицы Fe3O4, отличается тем, что материал дополнительно содержит одностенные углеродные нанотрубки ОУНТ, на которых закреплены наночастицы Fe3O4, а в качестве полимера используют поли-3-амино-7-метиламино-2-метилфеназин ПАММФ при содержании в материале наночастиц Fe3O4 1-70 мас. % от массы ПАММФ и ОУНТ 1-10 мас. % от массы мономера. Недостатком данного решения является использование не достаточно стабильного полимера и дорогих углеродных нанотрубок.Researchers' interest in magnetic storage media is not weakening at the present time. So, in one of the latest patents RU 2635254 (IPC С08K 3/04; В82В 3/00, priority dated March 15, 2016) a nanocomposite magnetic material for memory modules based on poly-3-amino-7-methylamino-2-methylphenazine and nanoparticles is developed Fe 3 O 4 mounted on single-walled carbon nanotubes. Nanocomposite magnetic material, including polymer and Fe 3 O 4 nanoparticles, is characterized in that the material additionally contains single-walled carbon nanotubes SWCNTs on which Fe 3 O 4 nanoparticles are attached, and poly-3-amino-7-methylamino-2 is used as a polymer PAMMF-methylphenazine when the content of nanoparticles Fe 3 O 4 1-70 wt. % by weight of PAMMF and SWCNTs 1-10 wt. % by weight of monomer. The disadvantage of this solution is the use of an insufficiently stable polymer and expensive carbon nanotubes.
Среди современных материалов, используемых для записи и хранения информации, наибольшее распространение получили оптические носители информации, так, например, компакт - диск представляет собой поликарбонатную подложку, покрытую тонким слоем металла (Al, Ag, Au), далее защитным слоем из лака. Информация записывается в виде спиральных дорожек из углублений или питов, выдавленных в полимере. Ширина пита - 500 нм, глубина - 100 нм. Считывание производится с помощью лазера.Among modern materials used for recording and storing information, optical information carriers are most widely used, for example, a compact disc is a polycarbonate substrate coated with a thin layer of metal (Al, Ag, Au), then a protective layer of varnish. Information is recorded in the form of spiral tracks from recesses or pits extruded into the polymer. The width of the pit is 500 nm, the depth is 100 nm. Reading is done with a laser.
Важной проблемой при разработке оптического носителя информации является увеличение его объема памяти. Так для решения этой задачи в патенте RU 2161337 (МПК G11B 7/00; G11B 11/12, приоритет от 08.09.1999) предлагается материал на основе монокристаллического фторида кадмия, легированного галлием, который для увеличения объема записи информации и улучшения ее качества дополнительно легирован иттрием, скандием или гадолинием.An important problem in the development of an optical storage medium is the increase in its memory size. So, to solve this problem, patent RU 2161337 (IPC G11B 7/00; G11B 11/12, priority dated September 8, 1999) proposes material based on monocrystalline cadmium fluoride doped with gallium, which is additionally alloyed to increase the amount of information recorded and improve its quality yttrium, scandium or gadolinium.
В патенте RU 2429256 (МПК C08L 33/08; C08L 33/10; С08K 3/08 G03C 1/725, приоритет от 18.12.2009) для плотной записи информации предлагается золотосодержащая способная к полимеризации акриловая композиция, которая при фотооблучении в результате параллельно протекающих процессов фотополимеризации акрилатов и фотовосстановлении ионов золота образует пространственно-сетчатый полимерный материал, содержащий растворенное золото в нулевой валентности, в котором при последующем фотовоздействии генеририруется полоса плазменного резонанса в видимой области спектра 500-640 нм образующихся наночастиц золота. Материал является регистрирующей средой для оптической записи информации и отличается чрезвычайно высокой чувствительностью.In patent RU 2429256 (IPC C08L 33/08; C08L 33/10; C08K 3/08 G03C 1/725, priority dated 12/18/2009) for dense recording of information, a gold-containing polymerizable acrylic composition is proposed, which, when irradiated as a result of parallel flowing The processes of photopolymerization of acrylates and photoreduction of gold ions forms a spatially-mesh polymer material containing dissolved gold in zero valence, in which, upon subsequent photo-exposure, a plasma resonance band is generated in the visible spectral range 500– 640 nm of gold nanoparticles formed. The material is a recording medium for optical information recording and is characterized by extremely high sensitivity.
Недостатком используемых и предлагаемых в патентах полимерных материалов является их недостаточная надежность сохранности информации, неустойчивость к высоким температурам и внешним тепловым и световым воздействиям, т.е. помимо проблемы увеличения объема памяти еще одной важной проблемой является долговечность сохранения информации.The disadvantage of the polymeric materials used and proposed in patents is their insufficient reliability of information security, instability to high temperatures and external thermal and light influences, i.e. In addition to the problem of increasing the amount of memory, another important problem is the longevity of information storage.
Материал носителя определяет срок долговечности хранения информации. Так магнитные диски и флеш-память надежно сохраняют данные лишь несколько лет и неустойчивы к сильным электромагнитным полям и температуре выше 100°С. Большинство оптических дисков представляют собой соединенные между собой слои пластика и способны хранить данные от 3 до 20 лет, хотя по данным разработчиков, средний срок хранения информации на наиболее популярных носителях данных - жестких дисках - HDD/SSD -50 лет, на оптических дисках - CD/DVD/ Blu-Ray не более 60 лет. Информация постепенно стирается под действием температуры выше 50-70°С и солнечного света.The material of the carrier determines the life of the information. So magnetic disks and flash memory reliably store data for only a few years and are unstable to strong electromagnetic fields and temperatures above 100 ° C. Most optical discs are interconnected layers of plastic and are capable of storing data from 3 to 20 years, although according to the developers, the average storage period on the most popular storage media - hard drives - HDD / SSD - 50 years, on optical discs - CD / DVD / Blu-ray no more than 60 years. Information is gradually erased under the influence of temperature above 50-70 ° C and sunlight.
Революционным шагом в области создания носителей информации является разработка в последние годы диска высокоплотной памяти на основе наноструктурированного кварцевого стекла, которое выдерживает высокую температуру до 1000°С, устойчиво к агрессивным средам и к термоудару и, по мнению разработчиков, сохранность информации на таком диске исчисляется миллионнами лет. Теоретической предпосылкой для создания нового поколения носителей информации явилось открытие в 2003 г. группой ученых из Японии, Китая и Великобритании (Shimatsuma Y., Kazansky P.G., Qui J.R., Hirao K. Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses. Phys. Rev. Lett. 2003. №91. P. 247405) того факта, что при определенных режимах обработки стекла лазерным пучком в нем возникает новый тип наноструктур, так называемые нанорешетки, в которых наблюдается чередование областей с различным показателем преломления, одни области представляют собой неизменное кварцевое стекло, другие-материал с наноразмерными порами, что обуславливает анизотропию оптических свойств и открывает возможность использования нанорешеток для высокоплотной записи информации в кварцевом стекле. В 2012 г. такой тип носителя информации был создан в Японии фирмой Hitachi в виде диска размером 2×2 см толщиной 2 мм на основе кварцевого стекла, запись производилась с помощью импульсного лазера. Плотность записи, производимой в 4 слоя, составляла 40 мегабайт на кв. дюйм.A revolutionary step in the field of creating storage media is the development in recent years of a high-density memory disk based on nanostructured quartz glass, which can withstand high temperatures up to 1000 ° C, is resistant to aggressive environments and thermal shock, and, according to the developers, the information on this disk is estimated to be millions years. The theoretical premise for the creation of a new generation of information carriers was the discovery in 2003 by a group of scientists from Japan, China and the United Kingdom (Shimatsuma Y., Kazansky PG, Qui JR, Hirao K. Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses. Phys. Rev. Lett. 2003. No. 91. P. 247405) of the fact that, under certain conditions of processing a glass with a laser beam, a new type of nanostructures appears in it, the so-called nanolattices, in which there is an alternation of regions with different refractive indices, some regions are unchanged quartz glass, other mothers Al with nanosized pores, which leads to anisotropy of optical properties and opens up the possibility of using nanogratings for high-density information recording in quartz glass. In 2012, this type of storage medium was created in Japan by Hitachi in the form of a 2 × 2 cm disk with a thickness of 2 mm based on quartz glass; recording was performed using a pulsed laser. The recording density produced in 4 layers was 40 megabytes per square meter. inch.
Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является носитель информации на основе наноструктурированного кварцевого стекла, созданного в России (Глебов И., Лотарев С., Сигаев В. В поисках вечной памяти: от клинописи на глине к наноструктурам в стекле. Журнал «Коммерсантъ. Наука» №4 (http://kommersant.ru/nauka/110409) от 20.06.2017. стр. 29). Отличие состоит в способе наноструктурирования. В прототипе структурирование с образованием нанорешеток, представляющих собой нанопоры в объеме кварцевого стекла, происходит под действием излучения фемтосекундного лазера, генерирующего сверхкороткие длительностью в десятки или сотни фемтосекунд световые импульсы со сверхвысокой пиковой мощностью. Значительное увеличение плотности записи информации становится возможным благодаря тому, что в одну нанорешетку можно записывать несколько бит информации.Closest to what is proposed in its technical essence is a data carrier based on nanostructured quartz glass created in Russia (Glebov I., Lotarev S., Sigaev V. In search of eternal memory: from cuneiform writing on clay to nanostructures in glass. Kommersant. Science ”No. 4 (http://kommersant.ru/nauka/110409) dated 06/20/2017. P. 29). The difference lies in the nanostructuring method. In the prototype, structuring with the formation of nanogrids, which are nanopores in the volume of quartz glass, occurs under the action of radiation from a femtosecond laser that generates ultrashort light pulses of tens or hundreds of femtoseconds with ultra-high peak power. A significant increase in the recording density of information becomes possible due to the fact that several bits of information can be recorded in one nanogrid.
В силу высокой стоимости таких носителей, необходимости наличия фемтосекундного лазера, сложной технологии записи, отсутствия возможности тиражирования дисков, их рыночная ниша - архивное хранение особо важной информации, это военные организации, архивы, библиотечные, музейные фонды, госструктуры, инженерные, научные хранилища.Due to the high cost of such media, the need for a femtosecond laser, sophisticated recording technology, the inability to duplicate discs, their market niche is archival storage of especially important information, these are military organizations, archives, library, museum funds, government agencies, engineering, scientific repositories.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание доступного широкому рынку долговечного материала для записи информации повышенной плотности, а также упрощение процесса получения такого материала.The technical task of the claimed invention is the creation of accessible to the wide market durable material for recording information of high density, as well as simplifying the process of obtaining such material.
Задача решается тем, что материал для записи информации повышенной плотности включает наноструктурированное кварцевое стекло, наноструктуры которого содержат парамагнитные нанокластеры, имеющие размеры, до десятка ангстрем, состоящие из собственных дефектов структуры кварцевого стекла, примесей и введенных парамагнитных ионов элементов переходных групп, подвергнутых воздействию ионизирующего излучения и равномерно распределенных в его объеме.The problem is solved in that the material for recording information of increased density includes nanostructured quartz glass, the nanostructures of which contain paramagnetic nanoclusters having sizes up to ten angstroms, consisting of intrinsic defects in the structure of quartz glass, impurities and introduced paramagnetic ions of transition group elements exposed to ionizing radiation and evenly distributed in its volume.
В исходном состоянии кварцевое стекло является диамагнитнитным материалом, но его можно перевести в класс магнитных носителей двумя способами:In the initial state, quartz glass is a diamagnetic material, but it can be converted into the class of magnetic carriers in two ways:
- воздействием на кварцевое стекло ионизирующим излучением (жесткого УФ, γ-лучей или рентгеновского излучения), в результате чего имеющиеся в кварцевом стекле собственные дефекты структуры перейдут в парамагнитное состояние;- exposure to quartz glass with ionizing radiation (hard UV, γ-rays or X-rays), as a result of which intrinsic structural defects in quartz glass will become paramagnetic;
- легированием кварцевого стекла оксидами элементов переходных групп.- doping quartz glass with oxides of transition elements.
В основе аргументированности первого способа лежат результаты проведенных автором исследований методом ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) природных разновидностей кварца и облученных кварцевых стекол. Для многих видов образцов кристаллического кварца были получены спектры ЭПР с набором резонансных линий (фиг. 1), свидетельствующих о имеющихся в природном кварце парамагнитных примесях и дефектах структуры.The argumentation of the first method is based on the results of studies by the author using the EPR method (electron paramagnetic resonance) of natural varieties of quartz and irradiated quartz glasses. For many types of samples of crystalline quartz, EPR spectra were obtained with a set of resonance lines (Fig. 1), which indicate the presence of paramagnetic impurities and structural defects in natural quartz.
В табл. 1 приведены параметры некоторых резонансных линий ЭПР различного вида собственных дефектов структуры кварца, образовавшихся в природе при росте кристаллов из термального раствора и подвергшихся последующему облучению внешними источниками жесткого волнового излучения.In the table. Figure 1 shows the parameters of some EPR resonance lines of various types of intrinsic defects of the quartz structure that formed in nature during the growth of crystals from a thermal solution and which were subsequently irradiated by external sources of hard wave radiation.
Аналогичные спектры ЭПР наблюдаются в кварцевых стеклах, но только после воздействия на них ионизирующим излучением. Это означает, что в исходном кварцевом стекле присутствуют диамагнитные собственные дефекты вида - [SiO4]0, [SiO3]2- и [RO4]0. Под воздействием ионизирующего излучения они преобразуются, на их основе, как и в кристаллическом кварце, образуются наведенные дефекты вида: [SiO4]+, [SiO3]- и [RO4]+. Эти наведенные дефекты парамагнитны.Similar EPR spectra are observed in quartz glasses, but only after exposure to them by ionizing radiation. This means that in the initial quartz glass there are diamagnetic intrinsic defects of the form - [SiO 4 ] 0 , [SiO 3 ] 2 - and [RO 4 ] 0 . Under the influence of ionizing radiation, they are transformed; on their basis, like in crystalline quartz, induced defects of the form are formed: [SiO 4 ] + , [SiO 3 ] - and [RO 4 ] + . These induced defects are paramagnetic.
Легирование кварцевого стекла оксидами элементов переходной группы также приводит к возможности получения диамагнитной матрицы с равномерно распределенными нанокластерами парамагнитной природы, образующимися в силу d-d взаимодействия переходных элементов. Параметры спектров ЭПР некоторых из них приведены в табл. 2 (см ниже).The doping of quartz glass with oxides of transition element elements also leads to the possibility of producing a diamagnetic matrix with uniformly distributed paramagnetic nanoclusters that are formed due to the d-d interaction of transition elements. The parameters of the EPR spectra of some of them are given in table. 2 (see below).
Ниже приведены примеры спектров ЭПР кварцевого стекла с различными видами парамагнитных дефектов, возникающих под действием различных видов ионизирующего излучения, и кварцевого стекла с различными парамагнитными ионами.Below are examples of the EPR spectra of silica glass with various types of paramagnetic defects that arise under the influence of various types of ionizing radiation, and silica glass with various paramagnetic ions.
Пример 1.Example 1
Промышленное кварцевое стекло было подвергнуто γ - облучению при 77° К. Съемка спектра ЭПР была проведена на радиоспектрометре фирмы Bruker при 293°К. На приведенной фиг. 2 в γ-облученном кварцевом стекле наблюдаются две линии поглощения: первая - узкая (ΔН=10 гс) и g=2,01 обязана дырочному парамагнитному дефекту на немостиковом атоме кислорода тетраэдра [SiO4]+, вторая, более узкая, ((ΔН=4 гс) и g=2,00 принадлежит захваченному электрону на атоме кремния в дефекте [SiO3]-.Industrial quartz glass was subjected to γ - irradiation at 77 ° K. The EPR spectrum was recorded on a Bruker radio spectrometer at 293 ° K. In FIG. 2 in γ-irradiated quartz glass, two absorption lines are observed: the first is narrow (ΔН = 10 gs) and g = 2.01 is due to a hole paramagnetic defect on the non-bridge oxygen atom of the [SiO 4 ] + tetrahedron, and the second, narrower ((ΔН = 4 gf) and g = 2.00 belongs to the trapped electron on the silicon atom in the defect [SiO 3 ] - .
Пример 2.Example 2
Промышленное кварцевое стекло, содержащее примеси, было подвергнуто γ-облучению при 77° К дозой 1 мрд. Съемка спектра ЭПР была проведена на радиоспектрометре фирмы Bruker при 293° К. На приведенной фиг. 3 в γ - облученном кварцевом стекле наблюдается расщепление линии с g=2,01 на 6 компонент с Aстс=10 гс. Это тетраэдр кремнекислородной сетки, в которой Si замещен на Аl-[AlO4]+ - центр.Industrial quartz glass containing impurities was γ-irradiated at 77 ° K with a dose of 1 mrd. The EPR spectrum was taken on a Bruker radio spectrometer at 293 ° K. In FIG. 3, in γ - irradiated quartz glass, a line is split with g = 2.01 into 6 components with A cfc = 10 gs. This is a tetrahedron of a silicon-oxygen network in which Si is replaced by the Al- [AlO 4 ] + center.
Пример 3.Example 3
Промышленное кварцевое стекло было подвергнуто УФ-облучению при 77°К. Спектр ЭПР записан при 293°К. Он принадлежит двум электронным дефектам [SiO3]- отличающимся симметрией локального окружения в парамагнитном кластере.Industrial quartz glass was exposed to UV radiation at 77 ° K. The EPR spectrum was recorded at 293 ° K. It belongs to two electronic defects [SiO 3 ] - differing in the symmetry of the local environment in the paramagnetic cluster.
Из приведенных примеров следует, что под действием γ - и УФ-облучения в кварцевом стекле образуются парамагнитные центры на основе собственных дефектов структуры и имеющихся в стекле примесей.From the above examples, it follows that under the action of γ - and UV irradiation in quartz glass, paramagnetic centers are formed based on intrinsic structural defects and impurities present in the glass.
Парамагнитные нанокластеры в исходном и облученном кварцевом стекле можно создать путем введения в него при синтезе оксидов элементов переходных групп, примеры спектров ЭПР некоторых из них в кварцевом стекле приведены в табл. 2.Paramagnetic nanoclusters in the initial and irradiated quartz glass can be created by introducing transition group elements into it during the synthesis of oxides; examples of the EPR spectra of some of them in quartz glass are given in Table. 2.
Совокупность наведенных парамагнитных дефектов и центров намагниченности на основе парамагнитных ионов, представляющих собой наноразмерные кластеры, при последующем возбуждении в УФ области проявляют широкополосную рекомбинационную люминесценцию в видимой части спектра в области 350-600 нм (фиг. 5).The set of induced paramagnetic defects and magnetization centers based on paramagnetic ions, which are nanoscale clusters, upon subsequent excitation in the UV region exhibit broadband recombination luminescence in the visible part of the spectrum in the region of 350-600 nm (Fig. 5).
Приведенные данные являются свидетельством того, что предлагаемый материал на основе наноструктурированного кварцевого стекла, содержащего парамагнитные нанокластеры размером до десятка ангстрем, включающие собственные дефекты структуры кварцевого стекла, а также примеси и введенные парамагнитные ионы элементов переходных групп, подвергнутые воздействию ионизирующего излучения и равномерно распределенные в его объеме, относится к магнитооптическим материалам и может являться регистрирующей средой для магнитной или оптической записи информации, поскольку при последующем воздействии на нее внешних факторов (повышения температуры или возбуждающего излучения), инициируются процессы изменения ее намагниченности и электронного состояния.The data presented are evidence that the proposed material is based on nanostructured quartz glass containing paramagnetic nanoclusters up to a dozen angstroms in size, including intrinsic defects in the structure of quartz glass, as well as impurities and introduced paramagnetic ions of transition group elements exposed to ionizing radiation and uniformly distributed in it volume, refers to magneto-optical materials and can be a recording medium for magnetic or optical pisi information because upon subsequent exposure to external factors (temperature increase or the exciting radiation), it initiates the process of changing the magnetization and the electronic state.
Преимуществом предлагаемого материала является то, что, как и в прототипе, используется кварцевое стекло, обладающее высокими физико-химическими свойствами, определяющими его долговечность и защиту информации, а требуемое для записи информации наноструктурирование стекла обеспечивается созданием парамагнитных нанокластеров, включающих в первую очередь собственные дефекты его структуры, примеси, а также введенные парамагнитные ионы при условии воздействия на них внешним ионизирующим излучением. Это доступнее и проще, чем создание нанорешетки в виде нанопор воздействием фемтосекундным лазером. Кроме того нанопоры могут ослаблять структуру стекла и приводить к уменьшению его прочности. Преимуществом предлагаемой в данном изобретении регистрирующей среды является также возможность направленного изменения ее магнитооптических свойств за счет изменения природы парамагнитной добавки, ее концентрации, а также вида и дозы ионизирующего излучения, изменяющего вид и количество дефектов в материале. Объемный характер их распределения обеспечит возможность записи информации повышенной плотности. Более простая технология приведет к большей доступности носителя на широком рынке при долговременном сохранении информации и повышенной плотности записи.The advantage of the proposed material is that, as in the prototype, quartz glass is used, which has high physicochemical properties that determine its durability and information protection, and the nanostructuring of glass required for recording information is provided by the creation of paramagnetic nanoclusters, which primarily include its own defects structures, impurities, as well as introduced paramagnetic ions, provided that they are exposed to external ionizing radiation. It is more accessible and simpler than creating a nanogrid in the form of nanopores by means of a femtosecond laser. In addition, nanopores can weaken the structure of glass and lead to a decrease in its strength. An advantage of the recording medium proposed in this invention is also the possibility of a directed change in its magneto-optical properties due to a change in the nature of the paramagnetic additive, its concentration, as well as the type and dose of ionizing radiation, which changes the type and number of defects in the material. The volumetric nature of their distribution will provide the ability to record information of increased density. A simpler technology will lead to greater media accessibility in a wide market with long-term storage of information and increased recording density.
Подписи к рисункам к заявкеApplication captions
Материал на основе кварцевого стекла для записи информации повышенной плотностиQuartz glass material for recording high density information
Фиг. 1 - Спектр ЭПР природного кварцаFIG. 1 - EPR spectrum of natural quartz
Фиг. 2 - Кварцевое стекло γ-облученное при 77°К (D=1 мрд), съемка спектра ЭПР при 293°К.FIG. 2 - Quartz glass γ-irradiated at 77 ° K (D = 1 mrd), scanning of the EPR spectrum at 293 ° K.
Фиг. 3 - Кварцевое стекло с примесью Аl3+, γ-облученное при 77°К (D=1 мрд), сьемка спектра ЭПР при 293°К.FIG. 3 - Quartz glass with an admixture of Al 3+ , γ-irradiated at 77 ° K (D = 1 mrd), shooting of the EPR spectrum at 293 ° K.
Фиг. 4 - Спектр ЭПР УФ-облученного кварцевого стекла при 77°К.FIG. 4 - EPR spectrum of UV-irradiated quartz glass at 77 ° K.
Фиг. 5 - Спектр рентгенолюминесценции кварцевого стекла КС (1) и спектр фотостимулированной люминесценции при воздействии на облученный образец светом длиной волны 2,15 эВ (2)FIG. 5 - X-ray luminescence spectrum of KS quartz glass (1) and the spectrum of photostimulated luminescence when exposed to an irradiated sample with a wavelength of 2.15 eV (2)
Подписи к таблицам к заявкеSignatures to tables to the application
Материал на основе кварцевого стекла для записи информации повышенной плотностиQuartz glass material for recording high density information
Таблица 1 - Параметры спектров ЭПР некоторых видов собственных дефектов структуры в различных разновидностях кристаллического кварцаTable 1 - Parameters of the EPR spectra of some types of intrinsic structural defects in various varieties of crystalline quartz
Таблица 2 - Параметры спектров ЭПР некоторых переходных элементов в кварцевом стеклеTable 2 - Parameters of the EPR spectra of some transition elements in quartz glass
Таблицы к заявкеApplication Tables
Материал на основе кварцевого стекла для записи информации повышенной плотностиQuartz glass material for recording high density information
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018105245A RU2678502C1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | Material based on quartz glass to record information of increased density |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018105245A RU2678502C1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | Material based on quartz glass to record information of increased density |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2678502C1 true RU2678502C1 (en) | 2019-01-29 |
Family
ID=65273482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018105245A RU2678502C1 (en) | 2018-02-12 | 2018-02-12 | Material based on quartz glass to record information of increased density |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2678502C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2169398C1 (en) * | 2000-02-11 | 2001-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛабИНТЕХ" (Лаборатория ионных нанотехнологий) | Magnetic medium production method |
| RU2227941C2 (en) * | 2001-06-07 | 2004-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные магнитные технологии и консультации" | Method for producing magnetic material for high-density data recording |
| WO2006118677A2 (en) * | 2005-04-29 | 2006-11-09 | The University Of Toledo | HIGHLY ORDERED L10 FePT NANOMAGNETS FOR DATA STORAGE AND MAGNETIC SENSING AND METHOD OF MAKING |
| WO2007111149A1 (en) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Hoya Corporation | Method for manufacturing glass substrate for magnetic disk and method for manufacturing magnetic disk |
| RU2635254C2 (en) * | 2016-03-15 | 2017-11-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | NANOCOMPOSITE MAGNETIC MATERIAL BASED ON POLY-3-AMINO-7-METHYLAMINO-2-METHYLPHENAZINE AND Fe3O4 NANOPARTICLES FIXED ON SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBES AND METHOD OF ITS PRODUCTION |
-
2018
- 2018-02-12 RU RU2018105245A patent/RU2678502C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2169398C1 (en) * | 2000-02-11 | 2001-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛабИНТЕХ" (Лаборатория ионных нанотехнологий) | Magnetic medium production method |
| RU2227941C2 (en) * | 2001-06-07 | 2004-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные магнитные технологии и консультации" | Method for producing magnetic material for high-density data recording |
| WO2006118677A2 (en) * | 2005-04-29 | 2006-11-09 | The University Of Toledo | HIGHLY ORDERED L10 FePT NANOMAGNETS FOR DATA STORAGE AND MAGNETIC SENSING AND METHOD OF MAKING |
| WO2007111149A1 (en) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Hoya Corporation | Method for manufacturing glass substrate for magnetic disk and method for manufacturing magnetic disk |
| RU2635254C2 (en) * | 2016-03-15 | 2017-11-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | NANOCOMPOSITE MAGNETIC MATERIAL BASED ON POLY-3-AMINO-7-METHYLAMINO-2-METHYLPHENAZINE AND Fe3O4 NANOPARTICLES FIXED ON SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBES AND METHOD OF ITS PRODUCTION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gu et al. | Nanomaterials for optical data storage | |
| CA2469199C (en) | Aluminum oxide material for optical data storage | |
| KR100551648B1 (en) | An optical information recording medium | |
| RU2678502C1 (en) | Material based on quartz glass to record information of increased density | |
| EP0658892A1 (en) | Composite material for magnetooptical recording, its production and its use | |
| DE68910338T2 (en) | Magneto-optical recording medium with silicon carbide dielectric. | |
| Lin et al. | Study of a super-resolution optical structure: polycarbonate/ZnS–SiO2/ZnO/ZnS–SiO2/Ge2Sb2Te5/ZnS–SiO2 | |
| US8345518B2 (en) | Near field optical recording system having negative index of refraction structure | |
| JPH01196743A (en) | Information recording medium | |
| Zhang et al. | Current trends in multi-dimensional optical data storage technology | |
| EP0214539A2 (en) | Optical recording medium | |
| KR890003202B1 (en) | Optical carriage and its method of manufacturing | |
| Ho et al. | Multilayer optical storage disc based on the frequency up-conversion effect from rare earth ions | |
| Vlasov et al. | Raman and photoluminescence spectroscopy of detonation nanodiamond | |
| JPH0361082A (en) | Information recording medium | |
| JP4076293B2 (en) | Optical recording medium | |
| Wu et al. | Optical Nonlinearity of Silver Oxide Super Resolution Structure as a Function of Oxygen Content | |
| Yeh et al. | Superresolution structure optical disk with semiconductor-doped glass mask layer containing CdSe nanoparticles | |
| WO2022256867A1 (en) | Improvements in optical data storage | |
| JPH03217801A (en) | Optical disk substrate and optical information recording medium using the same | |
| JPS63109087A (en) | Optical recording medium for direct-read-after-write type optical memory | |
| JP2006331518A (en) | Optical recording medium | |
| Hiraga et al. | Properties and application of organic dye associates in polymer matrices | |
| Verma et al. | Photoluminescence study of template-synthesized silver microstructures | |
| JPH0387291A (en) | Data recording medium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200213 |