Brevet FR2198199A1 — publié le 19740329

La présente invention concerne l'emmagasinage des informations sur des films ferromagnétiques. En particulier, l'invention concerne l'emmagasinage perfectionné d'informations sur des films de MnBi par inscription thermbrémanente. L'expression "film de MnBi", utilisée dans le présent texte englobe des films ferromagnétiques contenant le composé MnBi dopé ou modifié par d'autres éléments tels que le nickel, le titane et l'antimoine. Le besoin continu d'une capacité croissante d'emmagasinage des données dans les systèmes modernes d'information a nécessité le développement de nouvelles techniques pour emmagasiner les données en masse. Des mémoires optiques à accès par un laser permettent une augmentation appréciable de la densité d'inscription des termes binaires et par suite de la capacité, par rapport aux techniques classiques d'enregistrement magnétique. Un mode hautement avantageux de mise en mémoire des informations par des moyens optiques consiste à utiliser un laser pour effectuer une inscription par le point de Curie de termes binaires ou bits individuels d'informations ou d'hologrammes de profils binaires. Un système d'inscription par le point de Curie, bit par bit, est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3.368.209. L'inscription par le point de Curie d'hologrammes est décrit par T.C. Lee dans l'Article "MnBi Films As potential Storage Media in Holographic Optical Memories" paru dans la revue "Applied Optics", 11, 384 (1972). Bien que de nombreux films ferromagnétiques puissent être utilisés comme support de mémorisation pour une mémoire de masse optique du type à point de Curie, des films minces de manganèsebismuth (MnBi) ont été trouvés particulièrement intéressants comme support de mémorisation. Les films de MnBi ont d'une façon inhabituellement une rotation magnéto-optique importante et une direction d'aimantation préférée qui est orientée normalement au plan du film. Des films minces de grande surface reproductibles, en MnBi, ayant des propriétés magnétiques sensiblement uniformes sur toute la surface du film, peuvent être formés par le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3.539.383. Bien que le film de manganèse-bismuth ait de nombreux avantages comme support de mémorisation thermomagnétique, il a certains inconvénients. En particulier, il a été découvert que les cycles thermiques nécessaires pour inscrire et pour effacer l'inXor- mat ion par la méthode du point de Curie sur un film de MnBi provo quent un changement progressif du niveau des signaux à la lecture. Ce changement du niveau des signaux peut provoquer une réduction de la marge pour la détection. Le déplacement des niveaux des signaux dans un film de MnBi est le résultat d'un changement de phase cristallographique. Le composé intermétallique MnBi a deux phases cristallographiques. A des températures inférieures à 360 C, le MnBi est rerromagnétique avec une structure cristalline hexagonale du type de l'arséniure de nickel. Au-dessus de 3600C, une transition de phase de premier ordre a lieu et le composé devient paramagnétique avec une structure cristallographique de haute température. Au refroidissement rapide à la température ambiante, la structure de-haute température peut être "figée" ou "bloquée". Le composé résultant est à nouveau ferromagnétique, mais avec un point de Curie abaissé à environ 18QoC. Cette phase "haute température" ou ntrempée" du MnBi présente une rotation magnéto-optique inférieure à la rotation magnéto-optique de la phase "basse température ou "normale" d'# MnBi. L'inscription au point de Curie sur des films de MnBi à phase normale nécessite le chauffage d'un point à une température supérieure à 3600C, qui est le point de Curie de la phase normale. Le vecteur d'aimantation du point chauffé est déterminé après refroidissement par les influences combinées du champ démagnétisant provenant des régions environnantes non chauffées et de tout champ magnétique appliqué de l'extérieur. Ainsi que le décrivent D. Chen et R.L. Aagard dans l'article "MnBi Films : High-Température Phase Properties and Curie-Point Writing Characteristios" > paru dans la revue "Journal or Applied Physics, 41 2530 (1970), un point d'un diamètre d'un micron d'un film de MnBi d'une épaisseur de 500 A peut astre chauffé depuis la température ambiante jusqu'à 3600C en une microseconde. Quand l'énergie du laser cesse, le point chauffé se refroidit jusqu'à la température ambiante en quelques microsecondes. Le processus de refroidissement rapide est similaire à la trempe du point inscrit. Par suite, les cycles thermiques nécessaires pour inscrire et effacer l'information par la méthode du point de Curie sur un film de MnBi provoquent une transformation graduelle d'une phase cristallographique à l'autre phase. Quand un point inscrit se transforme relativement d'une phase cristallographique à une autre du fait de cycles thermiques répétés, l'amplitude de l'effet magnéto-optique présentée par le point change graduellement en pro voquant par suite un changement du niveau du signal de lecture. Le problème de la transition des phases cristallographiques n'est pas spécifique au MnBi, il existe pour d'autres matières ferromagnétiques ayant une température de transition de phase de premier ordre accompagnée d'une perte de l'aimentation. Autrement dit, le problème existe dans les matières dans lesquelles le point de Curie coïncide avec la température de transition des phases. L'arséniure de manganèse (MnAs) est un autre exemple de matière ferromagnétique pour laquelle ce problème existe. Comme le MnBi, le MnAs a la structure cristallographique de l'arséniure de nickel. Un inconvénient du film de MnBi comme support de mémorisation holographique est que le film de MnBi est un matériau de mise en mémoire binaire plut8t que de mise en mémoire linéaire. Par suite, la fidélité de l'hologramme en souffre. Une faible valeur de linéarité a été observée dans les hologrammes enregistrés sur un film de MnBi. La cause de cette faible valeur de la linéa- rité et les moyens par lesquels la linéarité peut être augmentée n'ont pas pu être déterminés jusqu'ici. La présente invention a pour objet un procédé pour lten- registrement thermomagnétique de bits d'information sur un film de MnBi. a L1invention/aussi pour objet un procédé pour former un hologramme magnétique d'une fidélité supérieure. L'invention a aussi pour objet une mémoire du type thermomagnétique d'une fidélité supérieure et pouvant être effacée. Il a été découvert conformément à l'invention qu'il est possible d'enregistrer une information sur des films de MnBi par chauffage de régions sélectionnées du film à une température voisine mais inférieure au moint de Curie. Un champ magnétique extérieur est appliqué pendant l'inscription. Ce procédé d'inscription thermomagnétique, appelé ninscription thermorémar.ente", réduit considérablement le changement de phase cristallographique dans le film de MnBi parce que l'ins- cription a lieu à une température inférieure au point de Curie. De plus, il a été trouvé que la faible valeur de la linéarité dans un hologramme inscrit au point de Curie est le résultat de l'inscription thermorémanente dans les régions chauffées près du point de Curie mais en-dessous du point de Curie. Il a été trouvé que la linéarité des hologrammes magnétiques peut être améliorées par application d'un champ magnétique extérieur pendant l'inscription de l'hologramme. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels Fig. 1 représente l'aimantation thermorémanente en fonction du champ extérieur quand le film de MnBi est chauffé et est refroidi à partir d'une température supérieure au point de Curie. Fig. 2 représente l'aimantation thermorémanente en fonction de la température de pointe à laquelle le film de MnBi est chauffé pour différents champs magnétiques Fig. 3 représente une mémoire optique pour l'inscription thermorémanente terme binaire par terme binaire sur un film de MnBi, et Fig. 4 représente une mémoire optique holographique dans laquelle l'inscription thermorémanente est utilisée pour obtenir une fidélité supérieure pour les hologrammes enregistrés. Il a été découvert que l'aimantation rémanente à la température ambiante d'un film de MnBi peut astre modifiée par chauffage du film de MnBi à une température voisine du point de Curie mais inférieure à celui-ci en appliquant un champ magnétique extérieur. Comme il a été indiqué ci-dessus, cette technique d'enregistrement thermomagnétique est appelée l'inscription thermorémanente. L'inscription thermorémanente a été obtenue dans des matières thermomagnétiques telles que le bioxyde de chrome (voir les brevets des Etats-Unis d'Amérique ND 3.535.688 > 3.541.577 > 3.582.877, 3.582.570 > 3.611.415, 3.611.420, 3.612.759 et 3.624.623. Cependant, l'inscription thermorémanente à des températures inférieures au point de Curie n'a pas été observée antérieurement dans un film de MnBi. Il a été découvert que l'inscription par la méthode du point de Curie sur un film de MnBi est un cas spécial de l'inscrip- tion thermorémanente par laquelle l'aimantation rémanente est déterminée par le champ magnétique présent pendant le refroidissement à partir du point de Curie. Ce champ magnétique comporte à la fois le champ de fermeture des régions environnantes du film et le champ appliqué de l'extérieur. La figure 1 montre la dépendance de l'aimantation rémanente en fonction du champ appliqué quant un film de MnBi est chauffé et est ensuite refroidi à partir d'une température supérieure au point de Curie de 360 C. Pour éviter la complication du champ de fermeture, l'ensemble du film a été chauffé pendant la mesure.De ce fait, le seul champ existant pendant le refroidissement à partir d'une température supérieure au point de Curie a été le champ appliqué de l'extérieur. L'effet magnéto-optique a été utilisé pour contracter l'aimentation pendant le chauffage et le refroidissement. La source de lumière pour le contrôle était un laser ayant un faisceau d'un diamètre de 2,5 mm. Il est facile de voir que ce faisceau de laser couvre un nombre substantiel de domaines magnétiques parce qu'il est estimé que la dimension minimale du domaine dans le MnBi est de l'ordre de 1/10 de micron. D'après des considérations thermodynamiques, l'aîmentation rémanente Mr normalisée par rapport à l'aimantation de saturation Ms est donnée par l'expression Mr/MS = th (H.m/kT) dans laquelle k = constante de Boltzmann T = température observée H = champ efficace, et m = moment magnétique de la particule. Une particule correspond à un grain ou une région dans lequel les spins peuvent interagir les uns avec les autres. Dans le présent cas, il est supposé que l'interaction entre les particules est négligeable. Une analyse détaillée en utilisant le modèle d'Ising dans l'approximation du champ moléculaire peut expliquer les résultats montrés par la figure 1 s'il est supposé qu'il a approximativement 105 spins dans chaque particule. Il a été observé aussi que l'aimantation rémanente à la température ambiante dans le film de MnBi peut être modifiée quand le film est chauffé à une température en-dessous du point de Curie sous l'influence d'un champ appliqué de l'extérieur pendant le chauffage. L'inscription thermorémanente peut être obtenue dans une plage des températures d'environ 3300C au point de Curie. En-dessous de 3300C, le chauffage ne produit pas de changement mesurable de l'aimentation rémanente. La figure 2 montre l'aimentation rémanente pour différentes valeurs du champ magnétique appliqué pendant le chauffage et le refroidissement en fonction de la température de pointe à laquelle le film a été chauffé. Il apparant que l'aimentatîon rémanente dépend fortement à la fois de la température de pointe du chauffage et du champ appliqué. Un avantage de l'inscription thermomagnétique sur le MnBi sans chauffage au-dessus du point de Curie de 3600 est le fait Que la température de pointe réduite se traduit par une probabilité réduite de transformation de la phase. L'inscription répétée au-dessus du point de Curie provoque éventuellement la transformation du point inscrit de la phase de basse température à la phase de haute température. Le processus de transformation de la phase est supposé être du type de diffusion ou de nucléation et de croissance et par suite la réduction de la température de ponte pendant 1' excursion thermique d'inscription ou d'effacement augmente considérablement le nombre nécessaire de cycles avantqu'un blocage substantiel à la phase haute température ait lieu. Bien qu'un film-de MnBi ait été considéré spécifiquement, il apparat que l'inscription thermorémanente à des températures inférieures au point de Curie donnera aussi une amélioration appréciable dans une mémoire en utilisant d'autres matières ferroma gnétiques ayant une température de transition de phase de premier ordre accompagnée d'une perte d'aimantation. Par suite, la présente invention n'est pas limitée aux films de MnBi et elle englobe aussi ces autres matières ferromagnétiques. La figure 3 représente une mémoire optique pour la mise en mémoire en masse en utilisant l'inscription thermorémanente sur un film de MnBi 10. Un laser 11 produit un faisceau de lumière 12 d'une intensité suffisante pour chauffer des régions sélectionnées du film de MnBi 10 à une température voisine mais en-dessous du point de Curie. Un modulateur 13 commande la puissance du faisceau de lumière 12.Un dispositif diviseur de faisceau 1E dirige le faisceau de lumière 12 vers une région sélectionnée du film de MnBi 10. Le dispositif dirigeur de faisceau 14 peut comporter des déflecteurs de faisceau de lumière électro-optiques, accousti cc-optiques ou mécaniques, ou bien peut être un système mécanique pour positionner le faisceau de lumière 12 par rapport au film de MnEi 10. Un dispositif focalisateur 15 focalise le faisceau de lumière 12 sous la forme d'un spot de lumière focalisée sur le film de MnBi 10. Bien que le dispositif focalisateur soitreprésenté sous la forme d'une seule lentille, il doit être compris qu'il peut aussi entre un système de lentilles, Un dispositif producteur de champ magnétique 16 produit le champ magnétique extérieur qui est appliqué au film de MnBi pendant 1 inscription thermorémanente La somme du champ de fermeture provenant des régions environnantes du film de MnBi et du champ magnétique extérieur établi par le dispositif producteur de champ magnétique 16 détermine l'aimantation rémanente du point inscrit. Il peut être vu d'après la figure 2 quel'aimantation rémanente est fortement sous la dépendance de la température de pointe à laquelle le point est chauffé. Dans le système de la figure 3, la puissance du laser doit être commandée avec précision pour que les régions du film soient chauffées à une température de pointe particulière d'une façon reproductible.En plus de nécessités d'une commande plus précise de la puissance du laser, l'inscription thermorémanente à des températures inférieures au point du Curie force à accepter un signal sortant réduit parce que l'aimantation rémanente Mr est inférieure à l'aimantation à la saturation Le principe de l'inscription thermorémanente à des températures inférieures au point de Curie peut aussi être utilisé pour obtenir une fidélité supérieure dans des hologrammes magnétiques sur des films de MnBi et d'autres films ferromagnétiques ayant une direction d'aimantation préférée orientée normalement au plan du film. La cause d'un certain taux de linéarité dans la réponse, observée antérieurement dans des hologrammes magnétiques sur le MnBi, peut être comprise en étudiant à nouveau la figure 2.Pendant l'inscription d'un hologramme magnétique sur le MnBi, certaines régions sont chauffées à des températures comprises entre 3300C et 3600C. Ces régions sont soumises à un champ magnétique, le champ de fermeture des régions environnantes, pendant le chauffage. Par suite, les régions chauffées à une température supérieure à 3300C mais inférieure au point de Curie, sont soumises à l'inscription thermorémanente. L'importance de l'inscription dépend fortement de la température de pointe à laquelle la région est chauffée. L'inscription thermorémanente était ainsi la cause de la linéarité observée dans les hologrammes magnétiques obtenus suivant la technique antérieure. On voit d'après la figure 2 que la linéarité de l'hologramme magnétique peut être nettement augmentée par application d'un champ magnétique extérieur pendant l'inscription de l'hologramme. Le champ magnétique appliqué doit avoir une direction tendant à inverser la direction d'aimantation de la région chauffée. Cependant, l'amplitude du champ extérieur ne doit pas être suffisamment importante pour provoquer la cornrnutati##ma#étique des régions non chauffées du film. La figure 4 représente une mémoire optique holographique pouvant être effacée, ayant une linéarité améliorée, avec une amélioration correspondante de la reproduction sans distorsion de l'image mise en mémoire. Le support de mémorisation est un film de MnBi 30 sur lequel un certain nombre d'hologrammes sont mis en mémoire.La source de lumière 31 produit un faisceau de lumière cohérente 32. Un diviseur de faisceau 33 divise le faisceau de lumière cohérente 32 en un premier faisceau 32a et un second faisceau 32b. Un dispositif de composition de page 34 est placé sur le trajet du second faisceau de lumière 32b et il établit un profil binaire dans le second faisceau de lumière 32b. Des dispositifs dirigeurs de faisceaux dirigent le premier faisceau 32a et le second faisceau 32b vers une position sélectionnée sur le support de mémorisation 30 sur lequel les deux faisceaux se recombinent. Les dispositifs dirigeurs de faisceaux comprennent un miroir 35 et un déflecteur 36a sur le trajet du premier faisceau de lumière 32a et un déflecteur 36b sur le trajet du second faisceau de lumière 32b. En variante, un seul déflecteur de faisceau peut ttre placé entre la source de lumière 31 et le diviseur de faisceau 33. Un dispositif de commande de l'intensité commande l'intensité du premier et du second faisceaux 32a et 32b pour que l'intensité combinée des faisceaux soit suffisante sur la mémoire 30 pour l'enregistrement thermomagnétique d'un hologramme du profil binaire contenu dans le second faisceau 32b. Comme le montre la figure 4, les dispositifs de commande de l'intensité des faisceaux peuvent être des modulateurs individuels 37a et 37b placés respectivement sur les trajets du premier faisceau de lumière 32a et du second faisceau de lumière 32b. En variante, un modulateur unique peut être placé entre la source de lumière 31 et le diviseur de faisceau 33. Un dispositif producteur de champ magnétique 38 applique un champ magnétique extérieur pendant l'enregistrement de lthologram- me. La direction du champ magnétique extérieur est telle que le champ magnétique a tendance à provoquer une inversion de la direction d'aimantation de la région chauffée du film de MnBi 30. Le champ magnétique extérieur n'est cependant pas suffisamment important pour provoquer l'inversion de l'aimantation des régions non chauffées du film. Suivant un mode de réalisation préféré, le champ magnétique extérieur appliqué par le dispositif producteur de champ magnétique 38 est compris entre environ 0,2 kOe et environ 1,2 kOe. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'enregistrement thermomagnétique de bits d'information sur un film de MnBi, caractérisé par le chauffage d'une région du film de MnBi à une température supérieure à environ 3D0 C et inférieure au point de Curie, et l'application d'un champ magnétique extérieur tendant à aligner la direction d'aimantation de la région tout en refroidissant simultanément la région à une température substantiellement inférieure au point de Curie, le champ magnétique extérieur étant insuffisant pour altérer la direction d'aimantation des régions non chauffées du film de MnBi. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ extérieur est inférieur à environ 1,2 kOe. #. Procédé pour former un hologramme magnétique ayant une fidélité supérieure, caractérisé par l'envoi d'un faisceau signal vers une région sélectionnée du film ferromagnétique ayant sa direction d'aimantation préférée orientée normalement au plan du film, l'envoi d'un faisceau de référence pour qu'il interfère avec le faisceau signal sur le film ferromagnétique, le faisceau signal et le faisceau de référence ayant ensemble l'intensité suffisante pour provoquer l'enregistrement thermomagnétique d'un hologramme dans la région sélectionnée, et l'application à la région sélectionnée d'un champ magnétique extérieur pendant l'enregistrement de l'hologramme, le champ magnétique extérieur tendant à inverser la magnétisation du film ferromagnétique, de manière à améliorer la linéarité de l'hologramme. 4. Procédé selon la revendication ), caractérisé en ce que le film ferromagnétique est un film de MnBi. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le champ magnétique extérieur eCt co-rris ertre env#;Dn ffi,2 lcflo et environ 1.2 k@@. 6. Procédé pour l'enrerictrement thermomagnétique de bits d'information sur un film ferromagnétique ayant sa direction d'aimantation préférée orientée normalement au plan du film, caractérisé par le chauffage d'une région du film ferromagnétique à une température voisine du point de Curie, mais inférieure à celui-ci et l'application d'un champ magnétique extérieur pour aligner la di rection d'aimantation de la région tout en refroidissant simultanément la région à une température substantiellement inférieure au point de Curie, le champ magnétique extérieur étant insuffisant pour altérer la direction d'aimantation des régions non chauffées du film ferromagnétique. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le film ferromagnétiqueala structure cristallographique de l'arséniure de nickel. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le film ferromagnétique est un film de MnBi. 9. Mémoire du type thermomagnétique comportant un support de mémorisation formé par un film ferromagnétique ayant une température de transition de phase du premier ordre accompagnée d'une perte d'aimantation, la mémoire présentant une variation du niveau de signal considérablement réduite du fait du changement de phase cristallographique dans le film ferromagnétique, caractérisée par une source d'énergie pour chauffer des régions sélectionnées du film ferromagnétique à une température voisine du point de Curie mais inférieure à celui-ci et un dispositif producteur de champ magnétique pour appliquer un champ magnétique de ltex- térieur pendant le refroidissement de la région sélectionnée à une température substantiellement inférieure au point de Curie, le champ magnétique extérieur étant insuffisant pour altérer l'aimantation des régions non chauffées du film ferromagnétique. 10. Mémoire selon la revendication 9, caractérisée en ce que le film ferromagnétique a la structure cristallographique de l'arséniure de nickel. 11. Mémoire selon la revendication 10, caractérisée en ce que le film ferromagnétique est un film de MnBi. 12. Mémoire selon la revendication 11, caractérisée en ce que les régions sélectionnées sont chauffées à une température supérieure à environ 330 C. 13. Mémoire selon la revendication 12, caractérisée en ce que le champ magnétique extérieur a une valeur comprise entre environ 0,2 kOe et environ 1,2 kOe. 14. Mémoire selon la revendication 9 caractérisée en ce que la source d'énergie est un laser. 15. Mémoire optique holographique effaçable ayant une fidélité supérieure, caractérisée par un support de mémorisation formé par un film ferromagnétique dont la direction d'aimantation préférée est orientée normalement au plan du film, une source de lumière pour produire un faisceau de lumière cohérente, un dispositif diviseur de faisceau pour diviser le faisceau de lumière cohérente en un premier faisceau de lumière et un second faisceau de lumière, un dispositif de composition de page positionné sur le trajet du second faisceau de lumière pour établir un profil binaire dans le second faisceau de lumière, des dispositifs dirigeurs de faisceaux pour diriger le premier et le second faisceau pour les recombiner dans une position sélectionnée sur le support de mémorisation, des dispositifs de commande des intensités des faisceaux pour commander les intensités du premier et du second faisceau afin que l'intensité combinée soit suffisante pour l'enregistre- ment thermomagnétique d'un hologramme du profil binaire dans la position sélectionnée, et un dispositif produisant un champ magnétique pour appliquer un champ magnétique extérieur tendant à inverser l'aimantation du film ferromagnétique durant l'enregistrement de l'hologramme afin d'améliorer la linéarité de l'hologramme. 16. Mémoire optique holographique selon la revendication 15 caractérisée en ce que le film ferromagnétique est un film de MnBi. 17. Mémoire optique holographique selon la revendication 16 ca ractérisée en ce que le champ magnétique extérieur a une valeur comprise entre environ 0,2 kOe et environ 1,2 kOe.