磁光记录材料
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磁记录材料和光记录材料的工作原理
磁记录材料和光记录材料的工作原理磁记录材料和光记录材料是两种常见的数据存储技术，它们通过不同的工作原理实现了信息的录入和读取。
本文将分别介绍磁记录材料和光记录材料的工作原理及其在数据存储中的应用。
一、磁记录材料的工作原理磁记录材料是指能够在外加磁场的作用下实现信息的存储和读取的材料。
其工作原理是基于磁性物质的特性，即在外加磁场的作用下，磁性物质的磁化方向会发生变化。
磁记录材料通常由磁性薄膜或颗粒组成。
在磁记录中，信息的存储是通过改变磁性物质的磁化方向来实现的。
具体而言，磁记录材料中的磁性颗粒有两种磁化方向，分别表示二进制的0和1。
通过在磁记录介质上施加磁场，可以使磁性颗粒的磁化方向发生变化，从而实现信息的存储。
当需要读取信息时，通过磁头感应磁记录材料上的磁场变化，从而获得存储的信息。
磁记录材料具有容量大、读写速度快、擦写多次等优点，因此被广泛应用于硬盘、磁带等数据存储设备中。
二、光记录材料的工作原理光记录材料是指能够使用激光光束进行信息的存储和读取的材料。
其工作原理是基于光学材料的特性，即在激光光束的照射下，光学材料的物理性质会发生变化。
光记录材料通常由感光层和反射层组成。
在光记录中，信息的存储是通过在光记录介质上形成微小的光学结构来实现的。
具体而言，感光层中的感光分子会在激光光束的照射下发生化学反应或物理变化，从而形成微小的坑或凸起，表示二进制的0和1。
当需要读取信息时，激光光束照射到光记录材料上，通过检测反射光的强弱来获取存储的信息。
光记录材料具有非接触式读写、存储容量大等优点，因此被广泛应用于光盘、蓝光光盘等数据存储设备中。
三、磁记录材料和光记录材料在数据存储中的应用磁记录材料和光记录材料在数据存储中都扮演着重要的角色。
磁记录材料主要应用于硬盘、磁带等存储设备中，它们能够提供大容量的存储空间和较快的读写速度，适用于大数据存储和高速数据传输。
光记录材料主要应用于光盘、蓝光光盘等存储设备中，它们能够提供非接触式的读写方式和较高的存储密度，适用于音视频、软件等多媒体数据的存储和传播。
磁记录材料
磁记录材料
磁记录材料
磁记录材料
*20世纪80年代出现的其它存储设备：光盘、固态存储器 （如U盘等） *光记录的特点：非接触式记录，存储密度高、容量大，性 价比高 缺点：信息的读写需要精密跟踪伺服的光学头，光盘驱动 器价格较贵，数据传输速度慢
*固态存储器的特点：没有运动部件，可靠性高，可以高速 随机存储，不需电池供电，数据为不挥发性 缺点：存储量较小，价格高
*常用材料：Fe-M(V，Nb，Ta，Hf等)-X(N，C，B)
6.2 磁头及磁头材料
五、多层膜磁头材料 *特点：与微晶薄膜相比，多层薄膜进一步抑制了晶粒 的生长，实现了低磁致伸缩 BS高，HC低 缺点：耐热性差
6.2 磁头及磁头材料
2 磁头材料 一、合金磁头材料 *常用材料：含钼坡莫合金、仙台斯特合金 *合金磁头材料的优点：高磁导率、高饱和磁化强度、 矫顽力低等。 缺点：涡流损耗大
二、铁氧体磁头材料 *常用材料：Ni-Zn、Mn-Zn *优点：损耗低，材质硬，抗腐蚀性比金属好。 *缺点：饱和磁化强度低 在提高记录密度上存在困难
*调频：以调制信号去控制载波的频率，使载波的频率按调 制信号的规律变化。特点：其频率随调制信号振幅的变化而 变化，而它的幅度却始终保持不变。
6.1 磁记录材料概述
6.1 磁记录材料概述
3 数字式磁记录
*根据磁化强度与记录介质的取向，数字式磁记录可分为水 平磁化模式和垂直磁化模式两类。
6.1 磁记录材料概述
磁记录材料
磁记录材料
定义：被外加磁场磁化以后，除去外磁场，仍能保留 较强磁性的一类材料。 *基本要求： （1）Br要高；（2）Hc要高；（3）(BH)max要高； （4）材料稳定性要高。 *种类：
（1）金属永磁材料：Al-Ni-Co系和Fe-Cr-Co系永磁合金； （2）铁氧体永磁材料：以Fe2O3为主要组元的复合氧化物强磁 材料；特点：电阻率高，适合高频和微波领域应用； （3）稀土永磁材料：以稀土族元素和铁族元素为主要成分的合 金间化合物，包括SmCo5系、Sm2Co17系以及Nd-Fe-B系。 特点：磁能积高，应用领域广泛。
6.6 信息存储磁性材料
（2）磁记录材料 磁记录介质材料是涂敷在磁带、 磁记录介质材料是涂敷在磁带、磁盘和磁鼓上面 用于记录和存储信息的磁性材料。 用于记录和存储信息的磁性材料。 要求记录介质为矩形好的永磁材料， 要求记录介质为矩形好的永磁材料，并具有以下 性能： 性能： 1]矫顽力Hc要适当高 16~80KA/m），以便有效地存储 矫顽力Hc要适当高（ 80KA/m）， 1]矫顽力Hc要适当高（16 80KA/m），以便有效地存储 信息，抵抗环境干扰，减少剩磁状态的自退磁效应， 信息，抵抗环境干扰，减少剩磁状态的自退磁效应， 提高记录密度； 提高记录密度； 2]磁滞回线矩形比高即Br/Bm、Hc/Bm要高 磁滞回线矩形比高即Br/Bm 要高； 2]磁滞回线矩形比高即Br/Bm、Hc/Bm要高； 3]饱和磁化强度Bm要高 以获得高的输出信号， 饱和磁化强度Bm要高， 3]饱和磁化强度Bm要高，以获得高的输出信号，提高 单位体积的磁能积； 单位体积的磁能积； 4]温度稳定性好 老化效应小， 温度稳定性好， 4]温度稳定性好，老化效应小，以保证在宽温长期条 件下稳定存储； 件下稳定存储； 5]磁层均匀 厚度适宜，记录密度越高，磁层越薄。 磁层均匀， 5]磁层均匀，厚度适宜，记录密度越高，磁层越薄。
4]起始磁导率 要高，以提高重放磁头的灵敏度； 4]起始磁导率µi要高，以提高重放磁头的灵敏度； 起始磁导率 5]磁导率的截止频率 要高，以利于高频高速记录， 磁导率的截止频率f 5]磁导率的截止频率fr要高，以利于高频高速记录，提 高使用频率上限； 高使用频率上限； 6]耐磨损、抗剥落、机械加工性好。 6]耐磨损、抗剥落、机械加工性好。 耐磨损 磁头材料分为金属磁头材料和铁氧体材料两类。 磁头材料分为金属磁头材料和铁氧体材料两类。 金属磁头材料主要有坡莫合金（Ni含量为30%~ 含量为30% 金属磁头材料主要有坡莫合金（Ni含量为30% 90% NiFe合金）、铁铝合金 合金）、铁铝合金、 的NiFe合金）、铁铝合金、铁硅铝合金和非晶态钴基 值高， 合金等，它们的优点是µ Bs值高 Hc低 缺点是ρ 合金等，它们的优点是 m和Bs值高，Hc低，缺点是ρ 值和硬度值低，使用寿命不如铁氧体。 值和硬度值低，使用寿命不如铁氧体。 铁氧体磁头材料有烧结的MnZn NiZn铁氧体 MnZn和 铁氧体， 铁氧体磁头材料有烧结的MnZn和NiZn铁氧体，热压 MnZn和NiZn铁氧体以及单晶MnZn铁氧体等 铁氧体以及单晶MnZn铁氧体等， 的MnZn和NiZn铁氧体以及单晶MnZn铁氧体等，与金属 材料相比，它们的硬度高、耐磨性好、电阻率高， 材料相比，它们的硬度高、耐磨性好、电阻率高，但 Bs低 铁氧体磁头适合于高频下工作。 Bs低。铁氧体磁头适合于高频下工作。
第6章磁记录材料
环形磁头
运动方向 （a）
磁性层 基体
（b）
（c）
水平磁记录模式的记录和再生原理
垂直磁记录
为实现垂直磁化，磁体垂直磁各向异性K┴应满足：
K
M
2 s
20
☞使晶粒生长为柱状晶而引起的形状磁各向异性；
☞界面磁各向异性；
☞生长诱导磁各向异性；
☞晶体磁各向异性；
☞伸缩诱导磁各向异性；
实际上，上述各种磁各向异性机制是相互迭加而其作用的。
保护层材料应该是比较硬的、化学性质不活泼 的、能与磁性层很好粘结但与磁头不粘结的材 料，同时应有高的抗张强度，并且不易碎裂
常用的保护层材料有硬质碳，除此之外，保护 层材料还有TiC、TiN、SiC、CrC3、Al2O3等
典型磁记录介质示例
常用的磁记录介质有磁带、磁盘和磁卡等
磁带是在基板上，沉积磁性层并构成复合材料膜层结构
坡莫合金
6.3 磁记录介质及介质材料
日常生活中的磁记录媒体
6.3.1 磁记录介质应具备的特性
基本要求
高出力 高记录 密度
低噪声
高可靠性
记录介质应具备的条件
1） 饱和磁通密度 2） 矩形比大 3）矫顽力在磁头允许的范围内尽可能的大 4） 作为磁化反转的单位的体积应尽量小， 大小及分布均匀 5） 磁学特性分布均匀，随机偏差小 6） 表面光滑，耐磨损，耐环境性好 7） 磁学特性对于加压、加热等反应不敏感 8）化学的、机械的耐久性优良 9） 不容易导电
垂直磁记录头与介质材料
励磁线圈
铁氧体
Co-Cr合金 坡莫合金膜
主磁极（坡莫合金膜） 基板
磁记录层 基板
打底层
6.2 磁头与磁头材料
磁头是指能对磁介质进行信息记录、再生及读取功 能的器件。
运动方向 （a）
磁性层 基体
（b）
（c）
水平磁记录模式的记录和再生原理
垂直磁记录
为实现垂直磁化，磁体垂直磁各向异性K┴应满足：
K
M
2 s
20
☞使晶粒生长为柱状晶而引起的形状磁各向异性；
☞界面磁各向异性；
☞生长诱导磁各向异性；
☞晶体磁各向异性；
☞伸缩诱导磁各向异性；
实际上，上述各种磁各向异性机制是相互迭加而其作用的。
保护层材料应该是比较硬的、化学性质不活泼 的、能与磁性层很好粘结但与磁头不粘结的材 料，同时应有高的抗张强度，并且不易碎裂
常用的保护层材料有硬质碳，除此之外，保护 层材料还有TiC、TiN、SiC、CrC3、Al2O3等
典型磁记录介质示例
常用的磁记录介质有磁带、磁盘和磁卡等
磁带是在基板上，沉积磁性层并构成复合材料膜层结构
坡莫合金
6.3 磁记录介质及介质材料
日常生活中的磁记录媒体
6.3.1 磁记录介质应具备的特性
基本要求
高出力 高记录 密度
低噪声
高可靠性
记录介质应具备的条件
1） 饱和磁通密度 2） 矩形比大 3）矫顽力在磁头允许的范围内尽可能的大 4） 作为磁化反转的单位的体积应尽量小， 大小及分布均匀 5） 磁学特性分布均匀，随机偏差小 6） 表面光滑，耐磨损，耐环境性好 7） 磁学特性对于加压、加热等反应不敏感 8）化学的、机械的耐久性优良 9） 不容易导电
垂直磁记录头与介质材料
励磁线圈
铁氧体
Co-Cr合金 坡莫合金膜
主磁极（坡莫合金膜） 基板
磁记录层 基板
打底层
6.2 磁头与磁头材料
磁头是指能对磁介质进行信息记录、再生及读取功 能的器件。
磁记录材料
磁记录材料来源：世界化工网（）随着电子信息技术的迅速发展，对信息记忆、存贮、记录的技术及其材料的要求相应提高。
单从计算机配套的信息存贮问题看．计算机的内存贮和外存健系统，以及用于档案、文献资料、图书管理、办公事务等各项情报管理工作中的存贮，都需要性能越来越高的新器件和新材料。
从目前看仍以磁记录为主，这是因为磁记录器件能实现记录与重放，能多次重复使用，所以得到广泛应用。
一、基本概念磁记录材料是指那些通过磁的作用可以直接理集、记录、存贮、传递信息的材料。
通常又把这种材料叫做磁记录载体、介质或媒体。
因此，凡是能转换成磁能的一切信号源，不管是机械的、电的，还是化学的、光学的都可以记录在这种材料上。
所以，就其本质意义上，又可以说，凡是能对磁的作用发生变化，能够直接形成各种形式信息的材料均称为磁记录材料。
随着工业发展和科学技术的进步，磁记录材料也日趋完善达到了如此完美的程度。
由最初单纯记录声音的本能作用逐步延伸到能记录和重现各种信息，并广泛地应用于通讯、J“播、电影、电视、文教卫生、电子计算机、地质勘探、资源卫星、数据处理以及军事科学领域。
为丰富人们的精神与物质文明、促进科学技术和国民经济现代化发展，起着越来越重要的作用。
二、磁记录材料的特点与性能1.磁记录的材料的特点（1）产品特点①记录简便，快速准确磁纪律材料的应用不需要很多的设备和严格的磁记录加工条件，投资少，，成本低，经济和社会效益高，而且对所记录的材料，能够全面而真实地记录上并立刻显示出来。
②反复使用，便于复制磁记录材料具有反磁化进行退磁的特性，可以通过消磁来消除原有的讯号和记录新的讯号。
这样的过程可以反复进行多次，林外，通过高速和热磁及其他复制凡是，使已经获得的音像，图像，数据等各种信息，可以再短短的几分钟内进行成倍的翻版复制。
③信息贮量大，记录密度高不仅单声迹可以记录很高的密度，而且通过改变记录方式和介质运行速度，就可以在同样长度和宽度上，同时记录多条磁迹，其记录密度和容量就可大为提高。
《磁记录材料》课件
《磁记录材料》PPT课件
磁记录材料是一种广泛应用于信息存储和传输领域的材料。本课件将介绍磁 记录材料的基本概念、物理原理、性能参数、制备方法以及发展趋势。
概述
什么是磁记录材料？
磁记录材料是一种具有磁 性能的材料，用于存储和 读取数字或模拟信息。
磁记录材料的分类
磁记录材料可分为硬磁材 料和软磁材料，具有不同 的磁性能和应用特点。
磁记录材料的性能参数
矫顽 磁郁力 珀克尔效应 磁滞回线
磁记录材料须具备较高的矫顽力，以保证信 息存储的稳定性。
磁记录材料的磁场强度，决定了信息的存取 速度和容量。
磁记录材料具备的热释电效应，可改善信息 存储的可靠性。
描述磁记录材料磁场随着磁化变化的曲线， 反映了磁性能的延迟特点。
磁记录材料的制备法
磁记录材料的应用领 域
磁记录材料广泛应用于硬 盘驱动器、磁带、磁卡等 信息存储设备中。
磁记录材料的物理原理
1
磁性材料特性
磁性材料具有自发磁化和磁导率等特性，可以通过外加磁场实现信息存储。
2
磁矩和磁场
磁矩是描述磁材料磁性力量和方向的物理量，磁场是由磁材料产生的磁性力场。
3
磁性材料的磁化过程
磁性材料在外加磁场的作用下，磁矩会发生定向排列，实现磁化过程。
研发具有较高磁性能和稳定性 的新型磁记录材料，以满足不 断增长的信息存储需求。
垂直磁记录技术
采用垂直磁化方向，实现更高 的磁记录密度和稳定性。
结论
磁记录材料的发展前景
随着信息存储需求的增加，磁记录材料将继 续得到广泛应用和发展。
该领域的未来研究方向
未来的研究重点将放在磁记录材料的磁性能 提升、存储密度增加和能量效率提高等方面。
磁记录材料是一种广泛应用于信息存储和传输领域的材料。本课件将介绍磁 记录材料的基本概念、物理原理、性能参数、制备方法以及发展趋势。
概述
什么是磁记录材料？
磁记录材料是一种具有磁 性能的材料，用于存储和 读取数字或模拟信息。
磁记录材料的分类
磁记录材料可分为硬磁材 料和软磁材料，具有不同 的磁性能和应用特点。
磁记录材料的性能参数
矫顽 磁郁力 珀克尔效应 磁滞回线
磁记录材料须具备较高的矫顽力，以保证信 息存储的稳定性。
磁记录材料的磁场强度，决定了信息的存取 速度和容量。
磁记录材料具备的热释电效应，可改善信息 存储的可靠性。
描述磁记录材料磁场随着磁化变化的曲线， 反映了磁性能的延迟特点。
磁记录材料的制备法
磁记录材料的应用领 域
磁记录材料广泛应用于硬 盘驱动器、磁带、磁卡等 信息存储设备中。
磁记录材料的物理原理
1
磁性材料特性
磁性材料具有自发磁化和磁导率等特性，可以通过外加磁场实现信息存储。
2
磁矩和磁场
磁矩是描述磁材料磁性力量和方向的物理量，磁场是由磁材料产生的磁性力场。
3
磁性材料的磁化过程
磁性材料在外加磁场的作用下，磁矩会发生定向排列，实现磁化过程。
研发具有较高磁性能和稳定性 的新型磁记录材料，以满足不 断增长的信息存储需求。
垂直磁记录技术
采用垂直磁化方向，实现更高 的磁记录密度和稳定性。
结论
磁记录材料的发展前景
随着信息存储需求的增加，磁记录材料将继 续得到广泛应用和发展。
该领域的未来研究方向
未来的研究重点将放在磁记录材料的磁性能 提升、存储密度增加和能量效率提高等方面。
磁光材料概述
当铁磁材料被加热超过居里点的温度时，原子开始随机热运 动，磁矩也随机热取向，结果材料变成顺磁性的。
透射的法拉第效应
偏振光
磁场H
发生旋转的 偏振光
入射光
透射
光 旋转角与薄膜厚度成比例
克尔效应
发射光的偏振面发生旋转
光盘利用磁克尔效应进行光磁记录的原理
激光照 射
记录位反向磁化
磁距
记录层
直线偏 振光
非记录位
• 磁光材料(MO)将二进制信息存储为磁化向上和向下两个状态。 最常用的MO介质是锰铋(MnBi)合金薄膜，所记录的数据用 线偏振激光束读出，该激光束会因法拉第效应或克尔效应产 生一个小的旋转，光束偏振态是左旋还是右旋取决于磁化是 向上还是向下。
铁磁性材料是某些物质的一种属性，在撤出外部磁化场时， 这种物质仍能保持磁化强度。在铁磁材料中，原子的磁矩沿 相同方向排列。
记录位
非接触式、大容量记录介质
透射的法拉第效应
偏振光
磁场H
发生旋转的 偏振光
入射光
透射
光 旋转角与薄膜厚度成比例
克尔效应
发射光的偏振面发生旋转
光盘利用磁克尔效应进行光磁记录的原理
激光照 射
记录位反向磁化
磁距
记录层
直线偏 振光
非记录位
• 磁光材料(MO)将二进制信息存储为磁化向上和向下两个状态。 最常用的MO介质是锰铋(MnBi)合金薄膜，所记录的数据用 线偏振激光束读出，该激光束会因法拉第效应或克尔效应产 生一个小的旋转，光束偏振态是左旋还是右旋取决于磁化是 向上还是向下。
铁磁性材料是某些物质的一种属性，在撤出外部磁化场时， 这种物质仍能保持磁化强度。在铁磁材料中，原子的磁矩沿 相同方向排列。
记录位
非接触式、大容量记录介质
磁记录与磁记录相关的材料
过去二十年内, 硬盘的存储密度飞速提高, 每个比特的 价格不断下降。
磁头臂组合
硬盘的结构
磁头臂
读写头
主轴
拼盘
磁道
硬盘中的磁性材料: 1)磁记录介质 (盘片) 2) 写头 (高磁极化率的软磁材料） 3) 读头 (包括GMR器件以及辅助器件)
磁记录介质材料的要求
对于磁记录介质的主要要求是：高的矫顽力Hc，以提高存 储信息的密度和抗干扰性；适当高的饱和磁化强度4πMs, 以提高输出信息强度;高的剩磁比Mr/Ms(Mr为剩余磁化强度
FePt薄膜的磁特性
无序态为软铁磁，易轴在平面内。 有序态的FePt 薄膜为硬磁材料，且具有非
常大的磁晶各向异性，易轴沿[001]方向。 如果能够制备(001)取向的FePt薄膜则可以得
到非常大的垂直各向异性，可用于垂直磁 记录。 (001) 取向的获得 (001)织构、外延薄膜
(001)FePt薄膜的制备
FePt需要在有（001）取向
基片选取：MgO FeRh为BCC结构，其晶格常数与FePt的a相近，因此，FeRh也可 以在MgO基片上外延生长，而FePt容易在FeRh上外延生长。
选取适当的种子层以减小晶格失配
种子层的选取可以参照FePt单层膜的制备中。
位元规则介质
特点： •通过光刻将连续膜变成分离 的点阵。 •一个点一个比特。 •材料本身与普通的材料无异 。然每个点需由大磁性颗粒 组成，最好是单晶。
磁记录材料的热稳定性
磁记录材料的热稳定性有每个磁性颗粒决定
比特的基本组成单位是磁性颗粒
每个磁性颗粒的热稳定性与本身的性能和其尺寸 有关 超顺磁极限
热稳定性制约着存储密度的提高
平行磁记录
每个磁矩平行于介质 表面。
磁头臂组合
硬盘的结构
磁头臂
读写头
主轴
拼盘
磁道
硬盘中的磁性材料: 1)磁记录介质 (盘片) 2) 写头 (高磁极化率的软磁材料） 3) 读头 (包括GMR器件以及辅助器件)
磁记录介质材料的要求
对于磁记录介质的主要要求是：高的矫顽力Hc，以提高存 储信息的密度和抗干扰性；适当高的饱和磁化强度4πMs, 以提高输出信息强度;高的剩磁比Mr/Ms(Mr为剩余磁化强度
FePt薄膜的磁特性
无序态为软铁磁，易轴在平面内。 有序态的FePt 薄膜为硬磁材料，且具有非
常大的磁晶各向异性，易轴沿[001]方向。 如果能够制备(001)取向的FePt薄膜则可以得
到非常大的垂直各向异性，可用于垂直磁 记录。 (001) 取向的获得 (001)织构、外延薄膜
(001)FePt薄膜的制备
FePt需要在有（001）取向
基片选取：MgO FeRh为BCC结构，其晶格常数与FePt的a相近，因此，FeRh也可 以在MgO基片上外延生长，而FePt容易在FeRh上外延生长。
选取适当的种子层以减小晶格失配
种子层的选取可以参照FePt单层膜的制备中。
位元规则介质
特点： •通过光刻将连续膜变成分离 的点阵。 •一个点一个比特。 •材料本身与普通的材料无异 。然每个点需由大磁性颗粒 组成，最好是单晶。
磁记录材料的热稳定性
磁记录材料的热稳定性有每个磁性颗粒决定
比特的基本组成单位是磁性颗粒
每个磁性颗粒的热稳定性与本身的性能和其尺寸 有关 超顺磁极限
热稳定性制约着存储密度的提高
平行磁记录
每个磁矩平行于介质 表面。
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重写过程： 先擦去原有信息，再重新记录。
擦去过程： 用连续光照射整个磁光盘，同时外加一
个与记录磁场强度相同但方向相反的磁场， 使磁光盘的磁矩全部沿外加磁场方向排列， 便擦去了旧信息，图12－9。然后，再进行 新信息的记录。
图12-9 擦去过程
磁光盘的构造： 磁光盘的构造如图12-10 所示。
图12-10 磁光盘的构造
录薄膜，其易磁化方向垂直于膜面，磁 矩只能向上或向下排列，如图12-6 所示
图12-6 磁光记录膜
磁光记录过程： 记录信息时，对磁光薄膜材料外加一
个小于其矫顽力的记录磁场，同时加一 个表示信息的脉冲激光。受到脉冲激光 照射的材料区域，由于吸收光能而温度 上升，矫顽力下降，如图12-7 所示。
图12-7 磁光薄膜材料的矫顽力
1.纹间，纹间存贮信息， 2.导向纹路，寻址用 3. 基片一般为聚碳酸脂， 4.保护膜，常用SiN、SiO， 作用使磁光薄膜性能稳定，不被氧化。 5. 磁光薄膜，30微米 6.反射层，常用铝,作用使入射光产生多次反射，从
而使反射后的克尔角度增大。
磁光记录薄膜材料 选择原则： （1）单轴各向异性 （2）各向异性常数ku大 （3）磁化强度与矫顽力的乘积比较大 （4）材料具有高于室温但又不是太高的的居里
a. 极向 b.纵向 c.横向
图12-3 法拉第效应和极向克尔效应
三. 典型磁光材料
1．磁光非晶薄膜(克尔效应)
表12-1 一些典型R-TM非晶薄膜及其性能
Gd-Co
居里温度
℃ ~600
克尔角
θk(o)
0.35
Gd-Fe
~220
0.30
Tb-Fe
~130
0.25
Dy-Fe
~70
0.41
Gd-Tb-Fe ~160
当矫顽力下降到小于外加的记录磁场 时，该材料区域的磁矩就会反转为沿外 加记录磁场的方向排列， 图12-8 。
图12-8 磁光记录示意图
如果磁矩向上为0，向下为1，这样就将光的强、 弱以磁矩0、1的方式记录下来。
磁光记录密度：反比于最小磁畴的直径、激光 光束的直径。
磁畴直径与畴壁能成正比，与记录材料的饱和 磁化强度与矫顽力的乘积成反比。所以大的乘积 有利于提高记录密度。
非常大的MR比 ，大于 6 ％
a. 纳米颗粒材料 MR比: 6～20％
b. 多层膜 电阻变化率: 10～100％
（ 3 ） 庞 磁 电 阻 材 料 (CMR, colossal magnetoresistance)
电阻变化率: 105～108 ％
MR效应与材料进展见图12-12
图12-12 MR效应与材料进展
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 TGG(Tb3Ga5O12) TAG(Tb3Al5O12) Cd0.55Mn0.45Te CdMnHgTe
波长 μm
0.633 0.633 0.65 0.633 0.633 0.633 0.86
Verdet常数 min.Oe-1.cm-1
（R0－R）/ R0 ×100％， 0 100％
R/ R0 ，10
3. 磁电阻材料的类型 （1）各向异性磁电阻材料（ AMR ）
铁磁性材料
MR比: 2～6％
MR比与电流与磁场的夹角有关
见图12－11
-
S N
+
（ 2 ） 巨 磁 电 阻 材 料 （ GMR, giant magnetoresistance）
磁光记录材料
二. 法拉第效应与克尔效应 1．法拉第效应
1845年法拉第发现的磁光效应。 线偏振光透过材料时所引起的偏振面的旋转 称为法拉第效应。 见图12－1。
图12-1 法拉第旋转效应
2．克尔效应 偏振光在材料表面反射时所引起的偏振面的
旋转称为克尔效应。 反射光与入射光的偏振面之间的夹角称为克
尔角，记为θk。 根据入射光的传播方向相对于磁性材料表面
的磁化强度的不同，有三种克尔效应：
（1）极向克尔效应 此时磁化方向垂直于反射面。
（2）纵向克尔效应 此时磁化方向与反射面、入射面平行。
（3）横向克尔效应 此时磁化方向处于反射面内且垂直于
反射面。 见图12- 2
a.
b.
c.
图12-2 磁光克尔效应
二. 纳米颗粒巨磁电阻材料 1．纳米颗粒
直径小于100nm的颗粒称为纳米颗粒。
2．纳米颗粒巨磁电阻材料 是由纳米量级的铁磁性相与非磁性导体
相所构成的具有巨磁电阻效应的材料。
3.类型 （1）纳米颗粒薄膜 （2）纳米颗粒薄带 （3）纳米颗粒块体材料
4．合金系 （1）合金系二组元的特性
a.其中一相是磁性相 b.另一相为非磁性高导电相 c.固态时即不形成化合物也互不溶解（溶 解度极小）
-0.331 0.072 -0.366 -0.461 -0.625 -6 -5.6
图12-4 克尔效应随波长的变化
四. 应用 1．光隔离器 利用法拉第效应。
图12-5 光隔离器原理图
2．磁光记录 利用克尔效应的磁记录。 磁光记录的特点；兼有光记录的大容
量和磁记录的可重写性。 磁光记录膜：磁光记录薄膜是垂直记
温度，100－300 （5）良好的热稳定性 （6）有较大的且受温度影响较小的克尔角和反
射率
常用磁光薄膜材料： （1） 多晶体
优点：克尔角、矫顽力较大 缺点：存在大量晶界，使磁畴形状发生混乱， 容易产生光的漫反射，因而噪声大，信噪比低。 （2）金属非晶薄膜 R-TM非晶薄膜、HR-TM非 晶薄膜、LR-TM非晶薄膜 （3）石榴石铁氧体薄膜 （4）人工超晶格磁性膜 PtCo、PdCo
表12-3 常用磁光薄膜材料
巨磁电阻材料
一. 概述 1.磁电阻
磁场可以使许多金属的电阻发生变 化，这种由磁场引起的电阻变化现象称 为磁电阻（magnetoresistance, MR）效 应。
2．表征参数 表征磁电阻效应大小的常用参数为
MR比，其定义由以下几种:
（ R0－R）/ Rmin ×100％， ＋∞ 0
0.42
Gd-Tb-Co ~300
0.44
Tb-Fe-Co ~280
0.44
Dy-Fe-Co 250
0.42
测定波长 nm 633 633 633 633 800
633
633 633
(2) 法拉第旋转器件用材料(法拉第效应)
材料YIG, 透明铁磁性体， （Y3Fe5O12,即铁钇石榴石）
表12-2 短波长用法拉第旋转器件用材料