7.4 磁光效应材料与记录原理

磁盘由在圆盘状基表面附着磁记录介质层构成。

由于其高存储容量、随机存取容易、迅速等优点，已成为数字式记录、存储媒体的主要形式。

记录密度与激光波长的关系：

激光光斑直径与波长的关系：

D 约与波长成正比。

各种磁盘的结构示意图

基板

铝合金（ Mg_Al)（ 1-2mm)

磁性层（磁性粉、粘结剂、添加剂）

润滑剂

硬盘

碳保护膜磁性膜（ CoCr(Ta) ）

基板

铝合金

Ti电镀 NiFe 膜

垂直磁性膜硬盘

通常采用各种溅射法，一般情况下还夹有一层 Cr 基地

层

基板

铝合金

SiO2 保护膜电镀磁性层 (CoNiP)NiP

电镀磁性膜硬盘

基板

( 如PET)

基板 ( 可挠性）

( 如 PET)

基板

( 如PET)

磁性层（磁性粉、粘结剂、添加剂）

软盘（涂布型软盘）

磁性层 (CoNi(O))磁性层 (CoNi(O))

Ti 膜

倾斜蒸镀可挠性软盘（薄膜性磁盘）

准二层膜垂直记录可挠性软盘（薄膜性磁盘）

磁记录介质：涂布型——薄膜型——垂直记录型顺序发展。

采用电镀、蒸镀、溅射等方法。

磁性材料需要有大的磁各向异性微结构，需要 Co 合金膜沿特定方位生长，为此需要 Cr 打底层。

磁光效应材料——光盘

磁光盘以光热磁原理进行记录、再生、属于可擦除重写型光存储器，即可通过光热磁，将不必要的信息擦除，并改写为必要的信息，目前所用的材料主要为锝 (Tb) 、铁、钴等构成的非晶态合金膜。（向多层膜方向发展）

光磁记录具有下述特征：

（ 1 ）记录密度高（ 107-1010bit/cm2)

（ 2 ）可擦除重写

（ 3 ）非接触式，从而可靠性高

（ 4 ）随机寸取

（ 5 ）光盘可自动装卸；

（ 6 ）可用于多道记录及全息照相存储

光磁记录的原理

磁光效应是基于光与物质的磁化（或磁场）相互作用，而使光学参数发生变化的现象。

光盘

记录膜

气体激光器

半导体激光器

光调制器 透镜

光束分离器

光检出器

随机反射镜

聚焦透镜

记录时，利用激光的高能量，再生（读取）时，利用激光反射信号的检出（克尔效应）

记录与再生的原理：记录介质采用较大的矫玩力

垂直磁化膜

垂直磁化膜

记录位 bit 记录或写入方式有：居里温度写入和补偿温度写入。

弱磁场：使记录位磁化反转

居里温度写入：磁性膜中需要记录的部分被激光照射加热，温度上升到 Tc 以上，该部分变为非磁性，在其冷却过程中，受其周围基体反磁场作用，会发生磁化反转。如果通过线圈或永磁体外加磁场，则可实现磁化的完全反转。

补偿温度写入：铁磁体垂直磁化膜的磁补偿温度应在室温附近。当这种铁磁体被激光加热到较高温度，该温度下对应的矫玩力比室温时的矫玩力要低的多，这样，在较弱的外磁场下即可容易地实现磁化反转。

读出或再生原理：利用克尔效应或法拉第效应读出。读出时激光不能使记录介质过热，其加热功率要比记录时的功率低。

光电二极管

光盘的剖面图

光磁记录介质应具备的特性：

（ 1 ）满足垂直磁化的的条件

（ 2 ）作为能稳定的保持微小磁畴结构的条件

（ 3 ）再生灵敏度高

（ 4 ）记录灵敏度高

（ 5 ）低噪音

（ 6 ）化学、结构等稳定

（ 7 ）便于大面积均质成膜

TbFeCo 磁光材料具有下列优势：

（ 1 ）在近红外能长期使用

（ 2 ）可容易垂直磁化

（ 3 ）非晶态结构，可避免晶界等造成的再生噪音

（ 4 ）居里温度 200 度，与半导体激光功率可良好的对应。

采用多层膜用以提高旋转角

基板

保护层 SiO,ZnS

记录层 Tb-Fe-Co

玻璃成分B2O3BaO +

BaO,Fe2O3

（ Ba 铁氧体成分）

+CoO,TiO2

（矫玩力调整）

熔融急冷凝固

Ba 铁氧体薄片

结晶化

Ba 铁氧体磁性粉

下一代光磁记录材料

为提高高记录密度，采用短波长光，重点集中在在短波长区具有较大克尔旋转角的材料，主要为含有 Nd 及 Pr的非晶态稀土 (R)-Fe-Co 合金膜、 Bi置换磁性石榴石、 Pt/Co 多层膜（超晶格膜，磁性与非磁性界面效应，可以开发出新的性能和功能）

超高密度信息记录的新技术：

激光技术透镜聚焦

超纳米加工及分析测试技术：扫描隧道显微镜(STM) 、原子力显微镜 (AFM) 、磁力显微镜(MFM) 等

采用可提高写入和读取密度的磁超分辨技术和磁畴扩大再生技术。

短波长用法拉第旋转器件用材料：含 Tb 的顺磁性玻璃、含 Pb 的反磁性玻璃，含 Eu 的顺磁性玻璃 ,Tb3Ga5O12,Tb3Al5O12,Cd0.55Mn0.45Te,CdMnHgTe

光盘存储材料

光存储技术的发展：以光为笔，以感光片为纸的照片；以光为探头，以胶卷为长卷的电影、电视等，这些光存储的中大多采用的是可见光，多用化学物质的感光技术。而光盘存储是现代的高科技光电子技术，光盘上信息的写入与读出都是利用半导体激光器、探测器来完成。

类别 材料 性能 应用只读光盘：CD 、 VCD

基片：有机玻璃类 (PMMA)或聚酸碳酯光学膜：光聚合物 +染料类光敏有机材料

可擦写光盘CD-R 、CD-RAM 、 DVD-RAM 、 MOD

基片材料同上光学膜：（ 1 ）结晶态或非结晶态光学相变材料（ 2 ）磁光材料

除了只读光盘的应用外，还可用于高清晰度电视，特别适合于计算机的大容量存储，不会受病毒干扰而自动删除，便利随机保存信息资料。

光盘存储的密度：光盘存储可以是二维的面存储，也可以是三维的立体存储，存储密度依赖于写入信息的激光波长。面存储密度同波长的平方成反比。采用可见光作写入的光盘信息密度为 107-108b/cm2 ，因此现在大力发展蓝光激光器。体存储密度与波长的三次方成反比。

光盘存储的原理：留声机是以金属唱针为探头，以唱片为基质，利用唱针在旋转的唱片上刻下不同划痕的纹路记录下声音，然后放唱片时，唱针在这些刻槽纹路上同唱片摩擦，提取记录下的信号，经放大后还原成能听到的声音。光盘与之相似。其所用探针为半导体激光器发出的一束激光，唱片为对光敏感的光盘。

声像等原始信息——取样编号（编制成“ 0” ，‘ 1’ 的数码）——半导体激光器——调制激光信号（光脉冲数码信号，即所谓的光笔）——光盘光敏材料（用光笔写下脉冲数码文字）——刻制光盘

半导体激光器——光盘——半导体探测器——光电信号放大——解码处理器——复还声像等信息

烧坑写入方式：即将带有调制信号的很强的激光聚焦在光盘上，将光盘表面烧出一连串长短不同的坑，制成带有大量信息的母盘。将母盘进行一系列的工艺处理之后，制成压模，再利用压制工艺技术制成大量的光盘产品。

利用光敏的相变、光折射、光致偏振等物理效应来完成录制工作。在许多光抿材料中，光会引起相位、折射率、偏振状态的变化。将调制好的激光粟照射到这些材料上，就会留下光强的强弱、有无、长短和偏振角度旋转等信息，也就是记录下音像等信号。利用这类方式记录的信息，可以利用一束没有调制信号的强光将所有信号抹去。

激光束的斑点大小决定了光盘存储密度

功能材料作为信息存储材料的主要条件是（ 1 ）当外界微扰 P 调节到达一定的临界值Pc 时，体系或分子可以从一种状态到达另一种状态；（ 2 ）当外界微扰 P 分别处在从小到大高于 Pc 和从大到小低于 Pc 时，功能体系的性质应有不同的数值（即具有滞后效应），这种与样品状态历史有关的现象就起着记忆功能；（ 3 ）功能体系在着两种状态之间的过度必须很明显，并且被很灵敏的检测。

磁场强度对磁感应强度的磁滞回线显示，在小的固定的磁场强度 Ho 下，用激光进行局部加热，使其磁性质发生从铁磁性到顺磁性的热相变逆转，则在光盘中形成一种磁性区域处在相反磁性的背景中这就达到了写入的目的。然后再利用克尔磁光效应（在磁化表面两侧，两种偏振光具有不同的反射率）或法拉第效应（在磁化表面两侧，两种偏振光具有不同的折射率）达到光的读出，也可以冷却后将磁场反向逆转到 -Ho 而进行信号的擦除。

材料有：半导体 GaAs 、离子导体 NaSiCoN 、非线性光学材料 LiNiO3 、铁磁性材料Fe3O4 、光电转换材料 SrTiO3 和热致变色材料 Ag2HgI4 。