РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НОСИТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИИ
Для анализа поверхности магнитных носителей известны следующие методы:
1. Методы на основе использования магнитных суспензий [127].
2. Магнитооптические методы [30].
3. Методы магнитной силовой микроскопии [17].
2.1. Методы на основе использования магнитных суспензий.
Наиболее известным методом на основе использования магнитных суспензий
является метод Биттера [60]. Биттер вместо металлических опилок применил водную
коллоидную суспензию магнитных частиц. Пребывая во взвешенном состоянии, такие
частицы могут быстро переориентироваться в зависимости от направления
приложенного поля. Если нанести на намагниченную поверхность тонкий слой
суспензии, то частицы концентрируются вдоль участков образца, где
намагниченность меняет свой знак, формируя так называемые картины Биттера,
которые можно наблюдать с помощью оптического микроскопа. Разрешение методов
на основе использования магнитных суспензий для анализа поверхности пластин
НЖМД определяется, размерами магнитных частиц и составом раствора [46,127].
Приготовление суспензии является одним из сложнейших этапов подготовки
проведения эксперимента. По обзорам [25,30] известно, что в лучших образцах
коммерческих суспензий размеры магнитных частиц составляют порядка 10 нм, и
эта величина лежит за пределом разрешающей способности оптических микроскопов.
Показано, что при проведении исследований с использованием таких суспензий
оптические микроскопы необходимо заменять электронными микроскопами, а
разрешение метода в этом случае достигает 100 нм [123].
2.1.1. Анализ возможности применения оптического микроскопа для исследования
магнитной поверхности пластины НЖМД с помощью метода на основе использования
магнитных суспензий.
Для анализа поверхностей магнитных носителей в основном используют
металлографические оптические микроскопы, работающие в отраженном свете.
На данный момент металлографические микроскопы достигли своего совершенства –
их разрешение стало близко к длине волны света. Из теории микроскопа следует
[123], что:
d=l/NA, (2.1)
где
d – разрешающая способность;
l – длина волны;
NA – числовая апертура объектива:
NA= n * Радиус линз объектива/ Фокусное расстояние,
где n – коэффициент преломления среды (материала между наблюдаемым объектом и
линзами). Для самых лучших современных объективов величина NA может достигать
0.95, а при заполнении пространства между объектом и объективом маслом эта
величина может быть увеличена до 1,5. Поскольку используемый спектр видимого
света находится в диапазоне 0,4 – 0,7 мкм, даже в самых лучших оптических
микроскопах нельзя наблюдать детали объекта меньше чем 0,3 мкм (или 300 нм)
[27].
Глубина резкости – это расстояние вдоль оптической оси, на котором
расфокусировка не влияет на разрешающую способность. Она определяется как:
D=d/sin a , (2.2)
где sin a - угол расходимости лучей, образующих изображение предмета. Поскольку
в объективах с большой оптической силой sin a ~ 1, следовательно, глубина
резкости в оптических микроскопах приблизительно равна разрешающей
способности.
Оптимальная величина увеличения любого микроскопа (М0) равна отношению
размера, разрешаемого невооруженным глазом (0,2 мм), к размеру наименьшей
детали изображения, разрешаемого микроскопом (d), т.е. если длина измеряется в
метрах, то:
М0=2*10-4/d. (2.3)
Для оптического микроскопа
М0=1000 (d=2*10-7 м) (2.4)
Отсюда следует, что разрешение оптического микроскопа при применении для
анализа глаз не может быть больше 1000.
В ходе проведения экспериментов использовался микроскоп ЛОМО МЕТАМ-Р1 (рис.
2.1) с нижним расположением предметного столика, который применялся для
визуального наблюдения поверхности пластин жесткого диска. С помощью данного
микроскопа проводились исследования поверхности пластин НЖМД:
1) в светлом поле при косом и прямом освещении;
2) в темном поле;
3) в поляризованном свете.
Технические характеристики микроскопа ЛОМО МЕТАМ-Р1, который использовался для
наблюдения поверхности пластин НЖМД, приведены в табл. 2.1.
В комплект микроскопа входят компенсационные окуляры 6,3х; 10х; 12,5х и 16х,
имеющие посадочный диаметр 23,2 мм. В ходе проведения экспериментов
использовался объектив Планахромат ОЭ-5 с фокусным расстоянием 6,3 мм,
числовой апертурой 0,60 , рабочим расстоянием 0,7 мм, обеспечивающий
оптимальное увеличение анализируемых участков пластины.
Оптические характеристики микроскопа указаны в табл. 2.2.
Таблица 2.1.
Технические характеристики микроскопа ЛОМО МЕТАМ-Р1
Увеличение микроскопа, раз
50 - 507
Диапазоны перемещения предметного столика, мм:
в продольном направлении
в поперечном направлении
от 0 до 40 от 60 до 80
Диапазон вращения столика при установке его в среднее положение
0 до 360°
Диапазон перемещения тубуса микроскопа в вертикальном направлении, мм:
с помощью механизма грубой подачи
с помощью механизма микрометрической фокусировки
от 0 до 95
от 0 до 2,5
Цена деления шкал:
отсчета величины перемещения столика, мм
отсчета углов поворота столика
2°
Цена деления нониуса столика, мм
0,1
Цена деления шкалы барабана микрометрической фокусировки, мкм
Источник цвета – лампа накаливания
РН8-20-1
Габаритные размеры микроскопа, мм, не более
310х320х540
Масса микроскопа, кг, не более
Таблица 2.2.
Оптические характеристики микроскопа
Объективы
Окуляры
АКШ-1 6,3х
АКШ-2 10х
АКШ-3 12,5х
АКШ-5Ц 16х
Увеличение
Линейное поле в
плоскости
пре