247

Чаще используют второй и третий методы. Как показывает опыт, третий метод дает несколько большую величину магнитной анизотропии при

оптимальном угле напыления материала около60°. При этом на подложке

формируется волнообразная структура с ОЛН вдоль волн.

Предположим (рисунок 9.2), что на стеклянной подложке сформированы

кружки из пермаллоевой пленки,

а

поверх

,нихво

взаимно

перпендикулярных

Is

направлениях,

проходят токовые

шины (изоляция осуществляется

напылением

диэлектрических

слоев).

ОЛН

пленки

ориентирована под углом 45°

по

отношению к шинам. Для записи

информации на данном элементе

Рисунок 9.2 - Пермаллоевая

нужно

подать

импульсы

токааппликация для запоминающего

одновременно

на

две

соответствующие

шины. Параметры

устройства

подобраны , такчто

перемагничивание

фрагмента

в

противоположное

направление

может

произойти только при совместном действии

двух.

Втоковрежиме

считывания

на

горизонтальную(для

определенности)

шину

подается

импульс

тока

определенного

направления, приводящий

к

частичному

повороту вектора намагничивания в ту, или иную сторону, в зависимости от направления исходного намагничивания. Соответственно, в вертикальной шине, являющейся сигнальной, появляется наведенный ток, его направление несет информацию о направлении намагничивания данного пятачка, то есть о записи логической единицы, или нуля.

9.4 Материалы со сложной формой петли гистерезиса

Материалы со сложной формой петли гистерезиса предназначены для изготовления широкого круга изделий, используемых в самых различных отраслях техники (запоминающие устройства, элементы логических схем, первичные преобразователи неэлектрических величин, элементы автоматики, устройства бытового назначения). Конфигурация петли и ее магнитные параметры зависят в общем случае от состава материала, формы изделия и технологии изготовления. Разработаны материалы со ступенчатой петлей гистерезиса, петлей гистерезиса змеевидной формы, перетянутой формы, со смещенной относительно начала координат симметричной и несимметричной петлями, петлей с разрывом и . т.(псм. рисунок 9.3). Класс подобных материалов весьма широк и включает в себя металлические сплавы, ферриты, композиционные материалы, а также ряд аморфных сплавов.

248

Классические представители¾ перминвары (30%Fe, 25%Co, 45%Ni) — однородные сплавы с высокой одноосной анизотропией, у которых в полях свыше 320 А/м петля гистерезиса сужается в середине в отличие от представленной на рисунке 6.8.

Для получения петель гистерезиса с разрывом используются сплавы из пермаллоя или викаллоя, известные под названиемпроволоки Виганда, в которой с помощью специальной технологии, включающей холодную обработку, скручивание, растяжение, а затем термическую закалку, создается

композиционная магнитная структура, состоящая из двух областей—

наружной	и	внутренней, различающихся	коэрцитивными	силами.
Поверхностный		наклеп коротких кусков	проволоки длиной10 мм	и

диаметром 0,3 мм создает в поверхностном слое собственное магнитное поле со сравнительно высокойНс. Внутренняя же область представляет собой

почти идеальный одиночный домен с малойН , растянутый вдоль оси

с

проволоки. Петля гистерезиса такой проволоки имеет разрывы(рисунок 9.3, в), поскольку процесс ее перемагничивания во внешнем поле осуществляется за счет большого скачка Баркгаузена (см. подраздел 6.3).

I

I

I

H

H

H

а) б) в) Рисунок 9.3 - Некоторые специальные формы петель гистерезиса

Сложная форма петли гистерезиса может быть полученаком- в позиционных материалах, например в многослойных сердечниках, состоящих из элементов с прямоугольными петлями гистерезиса и с различающимися коэрцитивными силами.

9.5Магнитные материалы для устройств записи информации

Вподразделе 9.3 были рассмотрены некоторые материалы с ППГ, на основе которых могут быть созданы различные устройства, том числе и запоминающие устройства. В данном разделе будут рассмотрены другие материалы, используемые в устройствах записи, хранения и считывания информации.

249

Материалы для магнитных лент и дисков. Некоторые магнитотвердые материалы используют как запоминающие устройства в вычислительной технике, в аудио-, видео- и другой аппаратуре. Дисковые устройства обеспечивают более оперативный доступ к любой части информации, в то время как магнитные ленты требуют для этого некоторого , времени затрачиваемого на их перемотку. В остальном, общие принципы записи, считывания и используемые материалы, принципиально не отличаются, и поэтому могут быть рассмотрены на примере ленточных устройств.

Наиболее широко распространены сплошные металлические ленты из нержавеющей стали, никеля, биметаллические ленты и ленты на полимерной основе с порошковым рабочим слоем. Подавляющее большинство магнитных лент изготавливают на основеполиэтилентерефталата (лавсана),

обладающего высокой механической прочностью. Сплошные металлические ленты используют главным образом в специальных целях и при работе в широком температурном диапазоне. Основное назначение носителя магнитной записи заключается в создании на поверхности воспроизводящей головки магнитного поля, которое меняется (при протяжке ленты) во времени так же, как изменялся ранее записываемый сигнал.

Ленточные устройства записи и считывания информации(рисунок 9.4) состоят из ленты-носителя информации, движущейся с определенной стандартной скоростью и трех электромагнитных головок: стирания (СГ), записи (ЗГ) и считывания (СГ)33.

33 Часто используются устройства с двумя головками, одна из которых совмещает функции записи и считывания

250

Рисунок 9.4 - Ленточное устройсво записи.

Принцип магнитной записи и воспроизведения информации состоит в

следующем. Магнитная		лента	с	помощью	специального	механизма
непрерывно перемещается и скользит вдоль воздушного зазора сердечника
стирающей	магнитной		голов, котораяи		является	источником
высокочастотного	магнитного		поля	с	периодически	изменяющейс

амплитудой. Амплитуда этого поля сначала резко возрастает, затем убывает практически до нуля. Тем самым производится размагничивание каждого участка ленты независимо от интенсивности и направления исходного намагничивания (см. схематичный график на рисунке 9.4).

Запись информации производится магнитной головкой, которая состоит из сердечника с двумя зазорами и с одной или несколькими обмотками. Для повышения чувствительности схемы обмотка головки питается напряжением повышенной частоты, значительно превышающей звуковые, например 100 кГц, который модулируется звуковым сигналом. Это способствует получению линейной характеристики при записи. Колебания электрического

тока в обмотке головки вызывают появление в рабочем воздушном зазоре головки магнитного поля, напряженность которого пропорциональна этому току. Скользящая по головке магнитная лента намагничивается соответствии с уровнем сигнала.

Считывание записанной информации производится по магнитным полям рассеяния, возникшим после записи сигналов на магнитной ленте. Магнитная головка для считывания информации состоит из сердечника с узким рабочим воздушным зазором и обмоткой. Напротив рабочего зазора имеется, как

правило,	второй	воздушный зазор, увеличивающий размагничивающий
фактор,	и тем	самым предотвращающий остаточное намагничивание
сердечника.

Воспроизведение основывается на явлении электромагнитной индукции. Магнитные поля ленты индуцируют в воспроизводящей головке напряжение, которое пропорционально числу витков обмотки и скорости изменения магнитного потока рассеяния, определяемого относительной скоростью перемещения ленты.

Остаточная намагниченность материала должна быть возможно более высокой. К коэрцитивной силе магнитного материала ленты предъявляются противоречивые требования: для уменьшения эффекта саморазмагничивания необходимо по возможности более высокое ее значение(не менее 24 кА/м), а для облегчения процесса стирания записи желательно низкое значение коэрцитивной силы. Противоречивым требованиям наилучшим образом удовлетворяют значения Нс, лежащие в интервале30—50 кА/м при достаточно больших значениях коэффициента выпуклости(для записи информации с плотностью 106—109 бит/см2).

251

В качестве	материалов для магнитных порошков, наносимых на
лавсанову основу,	находят применение гамма-оксид железа(магнетит),

феррит кобальта, диоксид хрома и др. Каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. Наибольшее использование получили гамма-

оксид	железа g-Fe2O3 (коричневого цвета) с добавлением феррита железа
Fe3O4	и диоксид хрома CrO2 (черного цвета) с частицами игольчатой формы.

Игольчатые частицы имеют однодоменные размеры и ориентированы вдоль

направления	намагничивания.				Такая форма		необходима	для	снижения
размагничивающего			фактора			каждой	частицы. Отношение (3¾6):1
продольных размеров частиц к поперечным размерам считается оптимальным
для g-Fe2O3 и 9:1 ¾ для CrO2.				из		диоксида хрома является, кроме лучших
Преимуществом			лент
магнитных свойств, малая электризуемость рабочего слоя. Лента с двойным
магнитным слоем, состоящим из						чередующихся окислов g-Fe2O3 и CrO2,
сочетает достоинства, присущие хром-оксидному носителю информации, с
хорошим	воспроизведением				низкочастотного		спектра, что	свойственно
лучшим пленкам с g-Fe2O3.						ровным слоем на полимерную ,ленту
Магнитный		лак,	наносимый
состоит из магнитного порошка, связующего							вещества,	растворителя,
пластификатора		и	различных			добавок, способствующих		смачиванию,
разделению	частиц порошка			и	уменьшению абразивности рабочего				слоя. В

процессе производства ленты частицы ориентируются в определенном направлении в результате воздействия на них магнитного поля мощного

электромагнита. Окончательная, механическая, обработка поверхности ленты

необходима, в частности, для снижения ее абразивности. В последнее время

из магнитных

носителей

наиболее

распространены

магнитные .

диски

Жесткий магнитный

диск

представляет

собой

отполированную 14до-го

класса чистоты омедненную алюминиевую или керамическую пластину, с

обеих сторон покрытую ферролаком на основе g-Fe2O3, CrO2, сплавами Ni-Co,

Co-W или чистым кобальтом, наносимыми гальваническим путем (возможны

и другие технологии, которые динамично внедряются). На каждую рабочую

поверхность

диска

устанавливается

по

одной

магнитной

голо

"плавающего" типа. Принцип "плавания"

состоит в том, что головка

находится

под

действием

двух

противоположно

действующих,

сил

уравновешивающих друг друга: силы потока воздуха, специально созданного

и направленного так, что головка стремится отойти от поверхности диска, и

силы пружины, прижимающей головку к поверхности диска. В результате

создается рабочий зазор порядка менее1 мкм. Диск приводится во вращение

двигателем,

а

головка

с

помощью

специального

двигателя

може

перемещаться

по

направлению радиуса

диска, переходя с

дорожки

на

дорожку. Преимущества магнитного накопителя на дисках по сравнению с накопителем на ленте — высокая скорость передачи и малое время выборки.