Brevet FR2058296A1 — publié le 19710528

i zuDozvo la présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la mise en mémoire optique d'informations,- tel que le milieu ou support sur lequel les éléments d'informations dits "bits" sont emmagasinés est un fils magnétique à phase fixée par 5 trempe à haute température c'est-à-dire un film» Les dispositifs de mise en mémoire d'informations qui permettent une grande densité d'ensagasinage d'informations sont très demandés. Fondamentalement, ces besoins résultent de l'application des calculateurs à des cas nécessitant des mémoires de 10 grande capacité.Pour satisfaire à ces besoins, il est extrêmement souhaitable de disposer de films magnétiques permettant d'emmagasiner optiquement des informations puisque ce moyen procure à la fois une haute densité d'emmagasinage,ou mise en mémoire, etunaccès rapide à l'information emmagasinée.La mise enmémoi-15 re ou emmagasinage d'information sur des films magnétiques a'•'•té réalisé par un certain nombre de moyens. Le procédé "le plus avantageux décrit au brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.368.209 consiste à utiliser un laser pour assurer un enregistrement par point de Curie. Une difficulté inhérente au procédé selon ce dernier brevet 20 est que des films magnétiques tels que ceux au manganèse-bismuth produisent un signal de lumière' de fuite après un certain nombre de cycles successifs d'enregistrement et d'effacement du film.Il a été constaté expérimentalement que ce signal de lumière de fuite apparaissait après cent cycles drenregistrement-effacement. 25 Généralement, cet effet tend vers une saturation et une stabilisation en provoquant une diminution du -contraste entre.le fond et les signaux des "bits" enregistrés. Le brevet précité est en soi avantageux par comparaison à d'autres mémoires optiques,mais la présente invention élimine le problème du signal de lumière 30 de fuite et elle entraîne en outre d'autres avantages que ne donnent pas les dispositions connues. Le procédé et le dispositif de mise en mémoire d'information selon l'invention , utilisent un film magnétique à phase par trempe a haute température par trempe pour procurer divers avan-35 tages distincts par rapport aux dispositifs de mise en mémoire optique connus. Tout d'abord, 1'expérience a montrée que la diminution du contraste entre le fond et les signaux de "bits" enregistrés était dûe à un transfert ou passage des parties enregistrées du film dans la phase à haute température à la suite 40 de répétitions de cycles d'enregistrement-effacement, alors que 70 25845 2 2058296 les parties non enregistrées du film restent dans la phase à basse température. Le fonctionnement s'effectuant, selon l'invention, entièrement dans la phase fixée par trempe à haute température assure l'obtention du contraste maximal puisque la totalité 5 du film conserve la. même phase cristallographique. D'autre part un tel film magnétique à phase fixée par trempe présente une température de Curie inférieure à celle drun milieu magnétique à phase fixée par trempe à plus basse température. Ceci permet d'utiliser un faisceau lumineux d'une intensité sensiblèment plus 10 faible pour enregistrer sur un film magnétique. On peut aussi utiliser un faisceau lumineux d'intensité identique pour enregistrer sur une plus grande partie (spot) du film magnétique , augmentant ainsi.le rapport signal /bruit dans la phase de "lecture" Troisièmement l'aimantation d'un film magnétique à phase fixée par 15 trempe est diminuée, d'où il résulte une diminution du champ magnétique nécessaire pour effacer complètement une information mise en mémoire.D'aiî'L-re part,encore, un film magnétique à phase fixée par trempe à haute température présente une force coerciti-ve augmentée; il en résulte une marge plus grande entre le champ 20 nécessaire pour effacer complètement une partie chauffée du film ii •/ et celui nécessaire pour effacer des bits d'information sur des parties non chauffées du film. Enfin la diminution de la température de Curie correspondant à un film à phase fixée par trempe augmente la marge entre les températures d'enregistrement et de 25 décomposition. Pour obtenir les avantages précités on met en oeuvre, selon l'invention , une source d'énergie d'un niveau d'intensité suffisant pour chauffer une partie prédéterminée (spot$ d'un film magnétique à phase fixée par trempe au-dessus de la température 30 de Curie du film. Selon 1'invention, il est en outre prévu des moyens pour diriger l'énergie sur la partie prédéterminée du film Lors d'un refroidissement du film magnétique.,en dessous de la température de Curie correspondant à la phase fixée par trempe, il intervient une modification des propriétés magnétiques de la 35 partie chauffée. En faisant varier sélectivement et spot par spot les propriétés magnétiques du film, on peut mettre en mémoire une information digitale. On obtient une lecture non-destructrice • de l'information mémorisée en utilisant des effets magnéto-optiques de Kerr ou de Faraday. 4-0 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ap- 70 25845 zusozvo 3 paraîtront dans la description ci-après donnés à titre d exemple non limitatif , en référence aux dessins annexés dans lesquels : Figure 1 est une vue schématique représentant un procédé préféré de fabrication d'un film magnétique à phase fixée par trempe. 5 Figure 2 est une représentation graphique normalisée don nant la relation température-aimantation pour des films manganèse -bismuth à phase respectivement à bass^fcempérature et fixée par trempe. Figure J représente schématiquement un dispositif de mise 10 en mémoire optique d'informations utilisant un film magnétique à phase fixée par trempe. Dans le cadre de l'invention, un film magnétique à phase fixée par trempe est un support ou milieu magnétique qui conserve sensiblement sa structure cristallographique de phase à haute 15 température, à une température inférieure au point de Curie de la phase à basse température du support. Le terme "support magnétique" désigne ici toutes les matières ayant des propriétés ferromagnétiques ou ferromagnétiques. Le point de Curie est la température à laquelle une matière magnétique perd ses propriétés ma-20 gnétiques. Par exemple du manganèse-bismuth (Mn Bi) à phase à basse température (normale) est ferromagnétique et comporte une structure cristallographique de type NiAs à symétrie orthohombique Lorsque du MnBi est chauffé au delà de sa température de Curie de J>6o°C, le support devient paramagnétique et il présente une 25 structure cristallographique monoclinique ("'The Magnetic and Crystallographic Properties of MnBi Studied by Neutron Diffraction" (Propriétés magnétiques et cristallographiques du MnBi étudiées par diffraction de neutrons" de A.F. Anderson, publié dans "Acta Chemica Scandinavica" Volume 21, pages 15^3-1554, 1967). Lorsqu'on 3° utilise le processus de préparation décrit ci-après cette symétrie cristallographique monoclinique de la phase à haute température est conservée à la température ambiante. L'invention concerne tous les supports magnétiques présentant une phase fixée par tronpe comme décrit plus haut, mais on 35 s'est limité ci-dessus au cas du MnBi. Dans le schéma synoptique de la figure 1, on a représenté un procédé de fabrication du MnBi à phase fixée par trempe utilisé dans le dispositif de mise en mémoire d'informations selon l'invention. Le film de MnBi est produit dans un processus en 40 trois stades. Le premier stade 10 correspond à la pisse prépara- 70 25845 4 2058296 toire d'obtention à basse température d'une phase normale de MnBi. Le film de MnBi en phase normale peut être préparé par différents mïyens connus , mais de préférence comme décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 690 528 au nom de la demanderesse pour "Procédé de préparation de man-ganèse-bismuth'f LorsquJ.ils sont fabriqués de la manière décrite dans cette demande de brevet, les films de MnBi en phase normale sont optiquement homogènes et reproductibles. On met en oeuvre un processus de trempe pour transformer le MnBi de phase normale en la phase de trempe à haute température. Dans une première phase de ce processus, on chauffe le film de MnBi à une température supérieure à la température de Curie de phase normale (56o°C) (phase représentée par le bloc 11). La durée de 1'échauffement doit être suffisamment longue pour permettre à l'ensemble du film d'atteindre une température supérieure à 360 0C. La température à laquelle le film de MnBi est chauffé au-dessus de 5Ô0°C, n'est pas critique. Cependant, "le film ne doit pas être chauffé au-delà de la température de décomposition de 455°C. Normalement, le MnBi ne reprend pas son aimantation s'il a été chauffé au-delà de sa température de décomposition. Au-dessus de la température de Curie en phase normale de 36o°C, le MnBi est sutfet à une transition de phase de première ordre. Comme indiqué précédemment, la structure cristallographique au-dessus de 36o°C est normalement appelée la phase à haute température. Le troisième stade qui est la phase de trem pe correspond au bloc 12 figure 1. Dans cette phase de trempe , le film de MnBi chauffé est rapidement refroidi à partir d'une température supérieure à j560°C. Cette phase de refroidissement maintient à la température ambiante la structure cristallographique de la phase à haute température. Dans un mode préféré de réalisation, le film de MnBi est chauffé sous vide .à une température de 400°C, puis il est amené de la chambre de chauffage mise sous vide dans une quantité de méthanol suffisante pour permettre une immersion du film. Comme le méthanol a une bonne conductivité thermique^ on obtient un refroidissement rapide du film de MnBi. En utilisant un tel processus de refroidissement rapide, les caractéristiques de la phase à haute température ne se perdent pas. Le MnBi ainsi préparé est dénommé ci-après ''MnBi à phase fixée par trempe". Le MnBi à phase fixée par trempe est ferro- 70 25845 5 2058296 magnétique. Selon une variante, le MnBi peut être transformé en sa phase fixée par trempe, simplement en chauffant la totalité du film au-dessus de 36o°C, par la méthode spot par spot en utilisant un faisceau laser. Le substrat , tel que du verre, sur 5 lequel le MnBi évacuera normalement suffisamment de chaleur du spot chauffé, de manière à assurer l'action de trempe décrite plus haut. A la figure 2, on a représenté les courbes normalisées d'aimantation pour du MnBi à phase normale et à phase fixée par trempe savoir la courbe 20 pour la phase normale et la courbe 22 pour la phase fixée par trempe; les courbes 20 et 22 représentent des résultats obtenus expérimentalement. La courbe 20 montre que la température de Curie du MnBi à phase normale est de l'ordre de 360°C. De même la courbe extrapolée 22a montre que le MnBi 15 à phase fixée par trempe a une température .de Curie d'environ 180°C. Cette température de Curie diminuée peut être utilisée avantageusement dans un processus d'enregistrement par point de Curie tel que celui décrit au sujet de la figure 3. Alors que la stabilité de la phase fixée par trempe dépend fortement 20 de la température , le film n'a aucune tendance à la température ambiante à revenir à la phase normale à basse température. On voit en outre à la figure 2 ,qu'il intervient une diminution approximative de 25% de 1'aimantation à la température ambiante du MnBi à phase fixée par trempe, par comparaison au 25 MnBi à phase normale. On a constaté expérimentalement qu'une diminution de la rotation magnéto-optique de Faraday de l'ordre de 43$, était associée- à une réduction d'aimantation . Il en résulte une réduction du signal de "lecture" (l'opérateur "lecture" sera décrite au sujet de la figure 3)- Cette réduction est 30 cependant faible et n'affecte que légèrement le signal de lecture En outre, l'utilisation d'un faisceau lumineux de la même intensité que celle requise pour enregistrer sur un film de MnBi à phase normale, se traduit par l'enregistrement sur une plus grande surface du film de MnBi à phase fixée par trempe. Ce plus 35 grand "bit" d'information augmente le signal de lecture, dans des conditions telles qu'ils fait plus que compenser la diminution de la rotation magnéto-optique de Faraday -pour la phase trempée. On a représenté schématiquement en figure 3 une mémoire-optique utilisant un film de MnBi à phase fixée par trempe pour 40 I'BAD original 70 25845 s 2058296 la mise en mémoire d'informations. Le dispositif comprend une source d'énergie 30 qui est constituée de préférence par un laser. Les propriétés de haute intensité et de cohérence spatiale du laser sont recherchées pour les applications aux mises en mémoire 5 d'informations. Cependant, on peut selon l'invention, utiliser toutes sources d'énergie électromagnétiques ou autres capables de fournir une énergie suffisante pour chauffer le film de MnBi à une température supérieure à son point de Curie en phase fixée par trempe. Par exemple, la diminution de la puissance nécessaire 10 pour l'enregistrement; permise par la diminution de la température de Curie permet d'utiliser pratiquement un faisceau électronique dans la phase d'enregistrement. Comme représenté à la figure 3> le dispositif comprend en outre des moyens polaris'ateurs de lumière 32, des moyens' de focalisation de lumière 34,36,38 des 15 moyens modulateurs de lumière 40, des moyens directeurs de lumière 44, un film de MnBi à phase fixée par trempe 46, des moyens 48 pour appliquer un champ magnétique au film 46, des moyens analyseurs de lumière 50, des moyens atténuateurs de lumière 52 et des moyens détecteurs de lumière 54. Le modulateur 40 est de pré-20 férence un cristal électro-opyique (E-0). Des cristaux E-0, tels que KDP et LiNb03-> sont connus pour leur aptitude à moduler un faisceau lumineux incident en réponse à l'action d'un champ élec- \ trique appliqué. Les moyens directeurs de lumière 44 sont de préférence non mécanique et doivent pouvoir effectuer une exploration 25 bidimensionnelle. On connaît également des déflecteurs non mécaniques, par exemple électro-optiques (E-0) et optico-acoustiques (O-A) qui procurent une déviation bidimensionnelle d'un faisceau lumineux. Les moyens focalisateurs 34 sont des lentilles colli-matrices fournissant un faisceau finement concentré sur le dé-30 flecteur 44. Les- moyens focalisateurs 36 et 38 sont des lentilles convergentes. Le polariseur 32 et l'analyseur 52 sont de tous types connus. Les moyens atténuateurs 52 sont.constitués par un filtre E-0, tel qu''une cellule de Kerr, qui permet le passage d'un faisceau 31 dans un état mais qui atténue sensiblement le faisceau 35 dans un second état. Les moyens détecteurs de lumière 54 sont constitués par un photodétecteur à réponse à haute fréquence , En fonctionnement , le laser 30 produit un faisceau 31 de lumière spatialement cohérente de haute intensité. Le pblarisaur 32 polarise linéairement le faisceau lumineux 31. Le système optique collimateur 34 concentre légèrement le faisceau polarisé 31 40 BAD ORIGINAL 70 25845 2058296 7 de manière à améliorer le fonctionnement du déflecteur électro-optique 44. Après avoir traversé 11électro-optique collimatrice 34, le faisceau lumineux tombe sur le modulateur 44. Le modulateur est polarisé dans un état partiellement "conducteur" de ma-5 nière à fournir suffisamment de lumière pour "lire" l'information mise en mémoire en utilisant l'effet de Faraday précité. Après traversée du modulateur 40, le faisceau lumineux 31 tombe sur le déflecteur électro-optique 44. En réponse à un champ électrique applique le déflecteur 44 dévie le faisceau 31 sur une partie 10 prédéterminée du film 46 de MnBi. Avant son incidence sur le film 46, le faisceau dévié 3'1 traverse des lentilles 36 qui le focalisent dans le plan du film de MnBi. La dimension .du spot focalisé est de l'ordre d'un micron. Lorsqu'on désire mettre une information en mémoire sur 15 une partie prédéterminée du film 46, le modulateur 40 est commuté de son état partiellement "conducteur" sur un état où le faisceau 31 traverse le modulateur sans entrave. Dans l'exemple de la figure 3, l'atténuateur 52 protège le détecteur 57 contre le faisceau lumineux de haute intensité existant lorsque le modulateur 20 40 laisse passer sans entrave le faisceau 31 • De préférence, il est prévu des moyens de synchronisation (non représentés) pour commuter simultanément le modulateur 40 et l'atténuateur 52. L'énergie contenue dans le faisceau 31 non gêné est absorbée dans une partie prédéterminée clu film 4$.échauffant rapidement le film 25 à une température supérieure d'environ 180°C à la température de Curie en phase fixée par.trempe. Avec un faisceau gaussien ayant un rayon de l'ordre d'un micron, on peut enregistrer des pots avec une puissance totale de laser de l'ordre de 5 tnilli-watts avec des impulsions de laser d'une durée de l'ordre de 50 la microseconde. Comme la partie présélectionnée du film 46 a été chauffée au-delà de sa température de Curie en phase fixée par trempe, cette partie perd ses caractéristiques magnétiques. Après exposition de la partie présélectionnée à des impulsions du laser suffisantes pour la chauffer au-dessus de la, température y2 de Curie en phase fixée par trempe, le faisceau 31 est ou bien diminué d'intensité par le modulateur 40 ou bien déplacé sur une autre partie du film par le déflecteur 44. La partie chauffée du film se refroidit alors en passant par la température de Curie en phase fixée par trempe. Lors du refroidissement passant par 2j.q le point de Curie, la partie s'aimante dans une direction parai- 70 25845 8 2058296 lèle ou antiparallèle à la direction d'aimantation du film environnant, en fonction du champ magnétique appliqué. Le flux de fermeture correspondant à la zone environnante du film suffit normalement pour aligner le vecteur magnétique dans la partie re-5 froidie dans une direction antiparallèle à la direction d'aimantation de la zone environnante. Comme représenté à la figure 3, le flux de fermeture est assisté par un champ magnétique externe appliqué au film 46 par la bobine 48. En chauffant des parties prédéterminées du film 46 au-dessus de la température de Curie 10 en phase fixée par trempe, de manière à inverser la direction d'aimantation des parties sélectionnées, on met en mémoire une information binaire. L'information mise en mémoire dans le film 46 de MnBi est lue en utilisant l'effet magnéto-optique de Faraday ou l'ef-15 fet de Kerr. Dans le cas de la figure 3, on utilise l'effet magnéto-optique de Faraday. La phase de lecture est similaire à celle décrite dans la demande de brevet précitée. En bref, l'extraction d'une information mise en mémoire s'effectue en atténuant le niveau d Par suite, la grandeur du signal produit par le déflecteur 54 indique la direction d'aimantation de la-partie sélectionnée du film. On assure ainsi l'extraction de l'information mise en mémoire dans le film 46. Pour effacer une information mise en mémoire on chauffe une partie sélectionnée du film au-dessus de la température de Curie de la phase fixée par trempe et on la refroidit en présence d'un champ magnétique puissant. Un champ d'effacement de 500 Oersteds suffit habituellement pour ramener les parties traitées du film dans leur direction d'aimantation originelle. 35 40 8AD ORIGINAL/ 70 2584S 20ba^V6 9 Des modifications et variantes peuvent évidemment être apportées à l'exemple décrit ci-dessus, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Il en est ainsi, en particulier pour la construction et la disposition des moyens optiques assurant une déviation , une modulation, une atténuation et une focalisation du faisceau lumineux. 70 25845 10 2058296 REVENDICATIONS 1 - Système do mise en mémoire d'informations sur un film magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend un film magnétique y y* v" " ^ à phase fixée par trempe 46 pour mettre en mémoire des bits d'informations sur des parties prédéterminées du film, une source 30 fournissant de l'énergie pour chauffer une partie prédéterminée du film à une température supérieure à la température de Curie correspondant à la phase fixée par trempe, provoquant ainsi une modification de la direction d'aimantation de la dite partie 10 par refroidissement de ladite partie en dessous de la dite température de Curie et des moyens 44 pour diriger l'énergie sur la partie prédéterminée du film. 2 - Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la source d'éiergie 30 est une source d'énergie électro- 15 magnétique. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'énergie 30 est un faisceau électronique. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière magnétique 46 est formée de manganèse-bismuth. 20 5 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source d'énergie électromagnétique 30 est un laser. 6 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens 40 pour atténuer sélectivement l'énergie électro-magnétique jusqu'à un niveau d'intensité insuffi- 25 sant pour chauffer le film magnétique à la température de Curie en phase fixée par trempe , de manière à obtenir une lecture non-destructrice . 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens 50 pour analyser l'énergie électro- 50 magnétique atténuée 8P„rès son incidence sur une partie sélectionnée du film magnétique, l'intensité de l'énergie électromagnétique transmise par 1 'ana^seur étant fonction de la direction d'aimantation de ladite partie sélectionnée du film. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en 55 ce que la source d'énergie électromagnétique 30 est un laser, e:a ce que la matière magnétique 46 est du manganèse-bismuth et en je que les moyens directeurs d'énergie sont constitués par un déflecteur électro-optique de faisceau lumineux 44. 9 - Procédé pour éliminer sensiblement l'apparition du 40 signal de lumière de fuite qui apparaît dans une mémoire optique BAD 70 2584S Mswvb 11 du type à enregistrement par point de Curie après des cycles répétés d'enregistrement et d'effacement , caractérisé en ce qu'on produit un film magnétique à phase fixée par trempe et en ce qu' on chauffe une partie prédéterminée du film magnétique au-dessus 5 de la température de Curie en phase fixée par trempe de manière à modifier la direction d'aimantation de ladite partie par un refroidissement du film en dessous de la température de Curie en phase fixée par trempe. 10 - Procédé d'enregistrement par point de Curie selon 10 la revendication 9, caractérisé en ce que le film magnétique à phase fixée par trempe est du MnBi et que l'énergie thermique nécessaire au chauffage de la partie prédéterminée au-delà de la température de Curie en phase fixée par trempe, est fournie par un faisceau laser.