DE2154301A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Speicherung magnetischer Information - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Speicherung magnetischer InformationInfo
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Description
Dipl.-Inn. HOROT AUER
meldung vom« I . l](i\ » 1((7
N.V. Philips1 Gloeilampenfabrieken, Eindhoven /Holland
Vorrichtung und Verfahren zur Speicherung magnetischer Information
Sie Erfindung bezieht eich auf eine Vorrichtung zur Speicherung
magnetischer Information und insbesondere auf eine Vorrichtung mit einer Platte aus magnetischem Material, die
magnetische Domänen tragen kann, welche in der Platte bewegt werden können, um an gewünschten Stellen Information
für Speicher-, logische oder Wiedergäbezwecke zu speichern.
Aus I.E.E.E. Transactions on Magnetics, Band 5» Nr. 3» September
1969, S. 544 bis 555» ist es bekannt, daß magnetische Domänen unter gewissen Bedingungen gebildet werden können,
wenn eine Platte aus magnetischem Material mit einer bevor-
- 2 PHB 32 097
Jü
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zugten Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Ebene der Platte in einem äußeren Vormagnetisierungsfeld angeordnet
wird, dessen Richtung gleichfalls zur Ebene der Platte senkrecht ist. Eine magnetische Domäne bildet sich dann in
Form eines lokalisierten Gebietes, in dem die Magnetisierungsrichtung der Richtung des äußeren Feldes entgegengesetzt
ist. Auf diesem Wege erzeugte magnetische Domänen können auf verschiedene bekannte Weisen durch die Platte
hindurchbewegt und an zuvor bestimmten Stellen, z.B. mittels eines auf der Oberfläche der Platte angebrachten
Musters aus einem weichmagnetischen Material, fixiert werfe den. Die Domänen können zu verschiedenen Stellen in der
Platte mit Hilfe an sich verwickelter Techniken, die sich auf die Anwendung von Magnetfeldern gründen, bewegt werden
(siehe z.B. Electronics, 1. September 1969, S. 83 bis 87).
Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein Material zu schaffen,
das sich zur Anwendung in einer Vorrichtung zur Speicherung von Information der obenerwähnten Art eignet und
das außerdem infolge seiner besonderen Eigenschaften die Möglichkeit bietet, die magnetischen Domänen auf eine neue
und einfache Weise zu handhaben, d.h. zu verschieben bzw. zu fixieren.
ψ Die Vorrichtung zur Speicherung von Information nach der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus magnetischem Material wenigstens eine Schicht aus einem
Material *it photomagnetischen Eigenschaften enthält.
Unter einem Material mit photomagnetischen Eigenschaften
ist hler sin magnet!eierbareβ Material zu verstehen, bei
dem dl« Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung eine
Änderung in den Anisotropiefeld, in der Koerzitivkraft und/ oder Insbesondere In der magnetischen Permeabilität hervorruft. Diese Erscheinung, die in der Literatur unter der Be-
zeichnung "photomagnetlscher Effekt" bekannt geworden
ist, wird u.a. in I.E.E.E. Transactions on Magnetics,
September 1969, Band 5t Hr. 3, S. 467 bis 471, beschrieben, wobei es sich insbesondere um polykristallines mit
Si dotiertes YIG(Y5Fe5O12:Si) und um monokristallines
mit Ga dotiertes CdCr,Se4(CdCr5Se4:Ga) handelt.
Eine bevorzugte Ausführungefon der Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Material
mit photomagnetisehen Eigenschaften im wesentlichen
FeBO,, z.B. in Form einer aus einem FeBO-z-Einkristall geschnittenen Scheibe, enthält.
Unter dem Ausdruck "im wesentlichen FeBO5 enthaltend" ist
hier zu verstehen, daß die Zusammensetzung des magnetisierbaren Materials im wesentlichen der Formel
Fe BO5 entsprechen muß, wobei aber entweder eine Minorität der Fe -Ionen und/oder eine Minorität der BO5 -Ionen
ersetzt sein kann oder von der Stöchiometrie abgewichen
werden kann. Darauf wird nachstehend noch näher eingegangen.
Eisenborat (FeBO5) ist ein transparentes (gründurchlässiges)
ferromagnetisches Material mit einer Vorzugsmagnetisierungsebene. Es hat die Kalzitstruktur und eine Curietemperatur
von 3480K.
Die Herstellung von FeBO,-Elnkrlstallen ist z.B. aus
"Applied Physics Letters", Band 14, Hr. 11, 1. Juni 1969, bekannt.
Das Material mit photomagnetischen Eigenschaften kann Zusätze oder Dotierungsstoffe enthalten, durch die es sich
besonders gut als Material zur Anwendung in Vorrichtungen zur Speicherung von Information der obenerwähnten Art eig-
net. In diesem Zusammenhang hat mit Mg oder mit Cu dotiertes PeBO, sich als besonders geeignet erwiesen.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Speicherung von Information mit Hilfe einer soeben
beschriebenen Vorrichtung, das durch die nachstehenden Schritte gekennzeichnet ist:
Erzeugen und Verschieben magnetischer Domänen in einer Platte aus magnetischem Material mit photomagnetischen
Eigenschaften, und Fixieren bzw. Bewegen einer oder mehrerer magnetischer Domänen, indem die Platte an gewünschten
Stellen mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt W * wird.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine
Platte aus magnetischem Material verwendet wird, dessen magnetische Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer
Strahlung abnimmt, und daß in der Platte eine oder mehrere darin erzeugte und sich an gewünschten
Stellen befindende magnetische Domänen an diesen Stellen dadurch fixiert werden, daß die betreffenden
Stellen mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine
Platte aus magnetischem Material verwendet wird, dessen magnetische Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer
Strahlung zunimmt, und daß eine oder mehrere in der Platte erzeugte und sich an nicht-gewünschten Stellen
befindende magnetische Domänen von diesen Stellen weg bewegt werden, indem die betreffenden Stellen mit elektromagnetischer
Strahlung bestrahlt werden.
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Daher besteht einerseits, in Abhängigkeit von den photomagnetischen
Eigenschaften des betreffenden Materials, für eine magnetische Domäne, die sich an einer unbestrahlten
Stelle befindet, die Möglichkeit, zu einer anderen Stelle verschoben zu werden, während die nicht zu verschiebenden
Domänen durch die Bestrahlung stabilisiert sind; andererseits
ist es möglich, durch eine andere Wahl des photomagnetisch η Materials gerade die Bewegung einer magnetischen
Domäi mit Hilfe einer elektromagnetischen Strahlung zu bewirken. Vorzugsweise wird ein derartiges Bündel in
Form von Strahlungsimpulsen angewendet.
Obgleich die zur Zeit bekannten photomagnetischen Materialien einen dauernden photomagnetischen Effekt nur T?<*± w"-hältnismäßig
niedrigen Temperaturen aufweisen, ergibt d;*e Betriebstemperatur in einer Vorrichtung zur Speicherung vüii
Information nach der Erfindung nicht unbedingt Schwierigkeiten. Auch wenn der photomagnetische Effekt nicht dauernd
ist, sondern nur eine Zeitdauer von z.B. 1 Millisekunde hat, was für bestimmte Materialien bei Zimmertemperatur der Fall
ist, ist diese kurze Zeitdauer ausreichend, um bestimmte Vorgänge, wie Schaltvorgänge, durchzuführen.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Platte aus magnetischem Material
mit einer magnetischen Domäne,
Fig. 2 eine graphische Darstellung, in der die Energie E einer Domänenwand über der Stelle der Wand in einer Platte
aus nominal reinem FeBO, aufgetragen ist, und
Fig. 3 eine gleiche graphische Darstellung, jedoch für mit
Cu dotiertes FeBO,.
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Pig. 1 zeigt eine dünne Platte 1 aus magnetischem Material mit einer bevorzugten Magnetisierungsrichtung senkrecht
zur Platte, wobei sich die Platte in einem äußeren Vormagnetisierungsfeld Kg befindet, dessen Richtung gleichfalls zur
Platte senkrecht ist. Die Magnetisierung M„ in der Platte 1
ist im wesentlichen parallel zur Richtung des Vormagnetisierungsfeldes; in der Platte kann aber eine magnetische
Domäne 2 vorhanden sein, innerhalb deren die Richtung des Magnetisierungsfeldes entgegengesetzt ist. Die Domäne 2
wird von einer Domänenwand 3 begrenzt.
Aus den oben angeführten Veröffentlichungen ist es bekannt, wie derartige Domänen erzeugt und durch die Platte hindurchbewegt
werden können, um sie zu bestimmten Stellen zu bringen, wodurch eine Vorrichtung zur Speicherung von Information
erhalten werden kann. Ein Verfahren zum Erhalten bestimmter fester Stellen "besteht z.B. darin, daß auf der
Oberfläche der Platte duruh Ai fdam]: ?sn ein Muster aus einem
weichmagnetischen Material angebracht wird. Verschiedene Techniken, bei denen Magnetfelder verwendet werden, um eine
Domäne von einer festen Stelle in die andere zu bewegen, wurden bisher entwickelt. Dadurch werden Möglichkeiten zum
binären Zählen oder zur Informationsspeicherung erhalten. Auch können magnetische Domänen in einer Schieberegisteranordnung
verwendet werden, wobei eine Reihe fester Stellen vorhanden ist und eine Domäne an dieser Reihe entlang fortbewegt
wird.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Änderung
der Energie E der Domänenwand 3 in einem Schnitt längs der Linie X zeigt, wenn die in Fig. 1 gezeigte Platte 1 an der
Stelle X1 mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird.
In diesem Falle besteht die Platte aus nominal reinem FeBO,; sie wird aus einem Einkristall dadurch hergestellt,
daß von diesem Einkristall längs einer Ebene, die mit der kristallographischen G-Ebene einen Winkel einschließt, eine
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Scheibe abgeschnitten und in diese Scheibe eine maximale Anisotropie senkrecht zu der Oberfläche einführt wird.
Letzteres erfolgte im vorliegenden Falle dadurch, daß die Oberfläche des Kristalls einer Polierbearbeitung unterworfen
wurde, wodurch mechanische Spannungen erzeugt wurden, die die erforderlichen Anisotropie einführten.
Wenn einmal in der Platte eine magnetische Domäne erzeugt worden ist, kann die von ihrer Wand 3 begrenzte Domäne 2
frei durch die Platte hindurchbewegt werden. Die dazu benötigten magnetischen Kräfte sind praktisch konstant.
Wenn ein Lichtbündel aber auf den Punkt X.. der Oberfläche
der Platte gerichtet wird, führt die Bestrahlung an der betreffenden Stelle eine Erhöhung der Domänenwandenergie E
herbei, wie mit der gestrichelten Linie angedeutet ist, was zur Folge hat, daß sich die Wand zu einer Stelle mit niedriger
Energie bewegen wird. Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen, daß die magnetische Permeabilität von nominal
reinem FeBO, bei Bestrahlung mit Licht zunimmt.
Bei dem bereits erwähnten aus der Literatur bekannten YIGtSi wird das Auftreten des photomagnetischen Effekts
einer durch Strahlung herbeigeführten Wiederverteilung magnetischer Ionen über ungleichwertige Gitterstellen im
Kristall zugeschrieben. Dementsprechend wird angenommen, daß auch bei FeBO, an einen Mechanismus zu denken ist, der
die Fe -Gitterstellen ungleichwertig macht.
Dieser Mechanismus kann eine Abweichung von der Stöchiometrie sein. Aus einer chemischen Analyse des bei den obenbeschriebenen
Versuchen verwendeten Musters ergab sich z.B., daß das nominal reine FeBO, einen Sauerstoffmangel aufwies.
Eine nicht besetzte Sauerstoffstelle kann eine örtliche Herabsetzung der Symmetrie in bezug auf zwei benachbarte Fe-Ionen
herbeiführen.
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Auch das Dotieren des Kristalls mit Fremdionen kann einen derartigen Effekt herbeiführen. In diesem Zusammenhang
sei bemerkt, daß sich herausgestellt hat, daß in mit Cu bzw. mit Mg dotiertem FeBO, bei Beleuchtung
eine Herabsetzung der Permeabilität entsprechend dem bei dem bekannten YIQ:Si auftretenden Effekt erhalten
wird. Dagegen wurde gefunden, daß bei dem nicht absichtlich dotierten nominal reinen FeBO, bei Beleuchtung
eine Zunahme der Permeabilität auftritt. Insbesondere bewirkt ein auf ein im Dunkeln auf 770K abgekühltes
Muster einfallendes Lichtbündel mit einer Wellenlänge zwischen 0,4 und 1,1 /um und einer Intensität von 10 W/cm
in 10 Sekunden eine Zunahme der magnetischen Permeabilität von 50 %.
Das Ergebnis eines an einem anderen Material als dem anhand der Fig. 2 beschriebenen Beispiel durchgeführten Versuches
1st in Fig. 3 dargestellt. In diesem Falle war das Material, aus dem die Platte 1 bestand, mit Cu dotiertes
FeBO,. Bei diesem Material nimmt also die magnetische Permeabilität durch Bestrahlung mit Licht ab, so daß die Domänenwandenergie
E an der Stelle des bestrahlten Punktes X2
herabgesetzt wird, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Dadurch wird eine stabile Lage für die Domänenwand
erhalten. Magnetfelder, unter deren Einwirkung sich normalerweise die betreffende Domäne verschieben würde,
führen jetzt nur eine Verschiebung etwaiger benachbarter Domänen herbei. Durch Bestrahlung der ganzen Platte würden
die Stellen bereits in der Platte vorhandener Domänen fixiert werden, während neue Domänen in die Platte eingeführt
und zu den erforderlichen Stellen verschoben werden können.
Es sei noch bemerkt, daß die durch Bestrahlung mit elektromagnetischer
Strahlung örtlich herbeigeführten Änderungen
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der magnetischen Permeabilität durch Erhitzung des Materials eliminiert werden können.
Es ist einleuchtend, daß sich die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt und daß im Rahmen
der Erfindung noch Abwandlungen möglich sind. Es können z.B. andere photomagnetische Materialien als FeBO- verwendet
werden, um darin magnetische Domänen zu erzeugen und mit Hilfe von licht zu manipulieren, d.h. zu fixieren bzw.
zu verschieben.
Patentansprüche;
- 10 -
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Claims (6)
- Patentansprüche:Vorrichtung zur Speicherung magnetischer Information mit einer Platte aus magnetischem Material, die magnetische Domänen tragen kann, welche in der Platte bewegt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus magnetischem Material wenigstens eine Schicht aus einem Material mit photomagnetischen Eigenschaften enthält.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit photomagnetischen Eigenschäften FeBO, ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit photomagnetischen Eigenschaften mit Mg oder mit Cu dotiertes PeBO, ist.
- 4. Verfahren zur Speicherung magnetischer Information mit Hilfe einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Erzeugen und Bewegen magnetischer Domänen in einer Platte aus magnetischem Material mit photomagnetischen Eigenschaften, und Fixieren bzw. Bewegen einer oder mehrerer magnetischer Domänen, indem die Platte an gewünschten Stellen mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte aus magnetischem Material verwendet wird, dessen magnetische Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung abnimmt, und daS in der Platte eine oder mehrere darin erzeugte und sich an gewünschten Stellen befindende magnetische Domänen an diesen Stellen dadurch fixiert werden, daß die betreffenden Stellen mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden.- 11 -709821/0989
- 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte aus magnetischem Material verwendet wird, dessen magnetische Permeabilität bei Bestrahlung alt elektromagnetischer Strahlung zunimmt, und daß eine oder mehrere in der Platte erzeugte und sich an nicht-gewünschten Stellen befindende magnetische Domänen von diesen Stellen weg bewegt werden, indem die betreffenden Stellen mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden.209821/0989Leerseife
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