Функциональные приборы на жидких кристаллах

На основе жидких кристаллов производят жидкокристалличе­ские индикаторы, основанные на электрооптическом эффекте дина­мического рассеивания.

Состояние материала жидких кристаллов характеризуется промежуточной фазой между изотропной жидкостью (обладающей текучестью) и анизотропным твердым кристаллическим веществом (обладающим оптической поляризуемостью под внешним воздейст­вием электрических, магнитных тепловых полей, механической де­формации). Для их молекул характерна вытянутая форма, характе­ризующаяся специфическими свойствами, которые относят к трем группам. Нематические жидкие кристаллы обладают однонаправ­ленностью длинных осей своих молекул и хаотическим расположе­нием центров тяжести молекул. Смектические жидкие кристаллы образуют слои одинаковой толщины. В холестерических материалах молекулы также расположены слоями, но направление их ориента­ции меняется от слоя к слою.

Приложение электрического поля вызывает помутнение про­зрачного жидкокристаллического материала, на однородном фоне проявляющего рисунок, яркость которого превышает яркость фона от 10 до 40 раз (эффект динамического рассеивания света). В пло­ской стеклянной ячейке (рис. 23), заполненной нематическими жидкими кристаллами 5 и помещенной между скрещенными поля­роидами 4, приложенное электрическое поле вызывает изменение прозрачности (твист-эффект). На слабоокрашенном фоне нижней стеклянной пластины сквозь прозрачные электроды 4 из окиси олова появляется черный рисунок.

Рис. 23. Некоторые виды жидкокристаллических индикаторов

Рис. 24. Структура жидкокристаллического индикатора:

1 - электрические выводы; 2 - герметик; 3 - стеклянные пластины; 4 - прозрачные электроды; 5 - жидкокристаллическое вещество

Функциональные приборы на цилиндрических магнитных доменах

Применение магнитных материалов как носителей информа­ции основано на их способности находиться в одном из двух устой­чивых состояний - в магнитном насыщении и в размагниченном ви­де. Эти состояния соответствуют пороговым участкам цикла перемагничивания. С появлением тонких магнитных пленок удалось су­щественно снизить затраты времени и энергии на перемагничивание магнитного материала по сравнению с обычными ферритовыми сер­дечниками.

Размеры пленок, наносимых напылением, таковы, что техно­логия их изготовления может быть совмещена с производством ин­тегральных схем.

Чаще всего в тонких магнитных пленках наблюдается плоско­параллельная форма доменов, разделенных доменными границами. Если направление доменных границ в плоскости пленки (тонкой пла­стины) ничем не ограничено (анизотропия отсутствует), то в одноос­ных кристаллах наблюдаются лабиринтные доменные структуры, у которых изгиб доменных границ возникает, например, вследствие малых неоднородностей пленки и других причин. Такая структура сохраняется при малом внешнем магнитном поле, перпендикуляр­ном поверхности пленки.

При увеличении напряженности магнитного поля растут те до­мены, у которых вектор магнитного момента параллелен вектору индукции внешнего поля, а домены другой ориентации уменьшают­ся. При некоторых условиях эти «непараллельные» полосовые до­мены распадаются на отдельные цилиндрические домены круглого сечения (рис. 25). Вследствие магнитодипольного взаимодейст­вия они несколько отдаляются друг от друга, равномерно распределяясь по всей поверхности пленки, образуя, как правило, правильную гексагональную решетку. Величина магнитной индукции влияет на плотность доменов, при этом ци­линдрическая форма сохраняется даже в слабых полях (вплоть до исчезновения внешней магнитной индукции).

Рис. 25. Структура цилиндри­ческих магнитных доменов в магнитной пленке

Для устойчивого существования цилиндрических магнитных доменов необходимо наличие внутреннего магнитного поля, соз­дающего цилиндрическое искривление доменным границам. При слабом внутреннем поле домен становится неустойчивым и может вернуться к полосовой структуре. В слишком сильных магнитных по­лях домен сжимается вплоть до исчезновения (происходит переход материала к однородной структуре без доменов).

В устройствах памяти логической единицей является сам ци­линдрический домен, логическим нулем - пространство между до­менами. Высокая плотность записи информации может быть достиг­нута за счет уменьшения диаметра домена (например, до 1 мкм). Скорость записи и считывания достигается высокой подвижностью доменов по магнитной пленке. Для создания и перемещения цилин­дрических магнитных доменов известны методы, например, магнит­ных аппликаций (шевронов) из пленки пермаллоя (Ni-Fe), перемен­ного вращающегося магнитного поля, проводников с током, локаль­ного разогрева пленки лазерным лучом.

Магнитное поле домена, взаимодействуя с внешним магнит­ным полем, создает силы, перемещающие его в направлении мини­мальной интенсивности внешнего поля (в направлении минималь­ной энергии домена). Использование магнитных доменов в устрой­стве памяти позволяет повысить его информационную емкость (до 10⁸ бит/см²), надежность, обеспечить высокое быстродействие (око­ло 10^-7 с), энергонезависимость, малые габаритные размеры и мас­су, слабую чувствительность к радиационному фону.