DE2154301B2

DE2154301B2 - Verfahren zur speicherung magnetischer information

Info

Publication number: DE2154301B2
Application number: DE19712154301
Authority: DE
Inventors: David Edward Ifield Green Crawley Sussex Lacklison (Grossbritannien)
Original assignee: Ghb 5-62 Ghb 11-12
Priority date: 1970-11-13
Filing date: 1971-11-02
Publication date: 1977-08-18
Also published as: IT942818B; JPS513618B1; FR2114526A5; GB1386763A; US3739360A; DE2154301C3; NL7115317A; CA958804A; DE2154301A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speicherung magnetischer Information in eine Platte aus einem magnetischen Material, das im wesentlichen der Zusammensetzung FeBO₃ entspricht, mittels Erzeugung und Verschiebung magnetischer Blasendomänen in der in einem Magnetfeld aufgestellten Platte.

Aus I.E.E.E. Transactions on Magnetics, Band 5, Nr. 3, September 1969, S. 544 bis 555, ist es bekannt, daß magnetische Blasendomänen unter gewissen Bedingungen gebildet werden können, wenn eine Platte aus magnetischem Material mit einer bevorzugten Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Ebene der Platte in einem äußeren Vormagnetisierungsfeld angeordnet wird, dessen Richtung gleichfalls zur Ebene der Platte senkrecht ist. Eine magnetische Blasendomäne bildet sich dann in Form eines lokalisierten Gebietes, in dem die Magnetisierungsrichtung der Richtung des äußeren Feldes entgegengesetzt ist. Auf diesem Wege erzeugte magnetische Blasendomänen können auf verschiedene bekannte Weisen durch die Platte verschoben und an zuvor bestimmten Stellen, z. B. mittels eines auf der Oberfläche der Platte angebrachten Musters aus einem weichmagnetischen Material, fixiert werden. Die Blasendomänen können zu verschiedenen Stellen in der Platte mit Hilfe an sich verwickelter Techniken, die sich auf die Anwendung von Magnetfeldern gründen, verschoben werden (siehe z.B. Electronics, 1.September 1969, S. 83 bis 87).

Aus »Journal of Applied Physics« Vol. 41, Nr. 3, l.März 1970, Seiten 1218 bis 1224, ist es bekannt, für magnetische Domänen-Verschiebeeinrichtungen als magnetisches Material FeBO₃ zu wählen. Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren der oben erwähnten Art zu schaffen, das die Möglichkeit bietet, die magnetischen Blasendomänen auf eine neue und einfache Weise zu handhaben, d. h. zu verschieben bzw. zu fixieren.

ίο Das Verfahren zur Speicherung magnetischer Information nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte an einer gewünschten Stelle mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, so daß eine Blasendomäne entweder an dieser Stelle fixiert oder von dieser Stelle weg bewegt wird.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß FeBO₃ ein Material mit photomagnetischen Eigenschaften ist. Hierunter ist ein magnetisierbares Material zu verstehen, bei dem die Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung eine Änderung in dem Anisotropiefeld, in der Koerzitivkraft und/oder insbesondere in der magnetischen Permeabilität hervorruft. Diese Erscheinung, die in der Literatur unter der Bezeichnung photomagnetischer Effekt bekannt geworden ist, wird u. a. in I.E.E.E. Transactions on Magnetics, September 1969, Band 5, Nr. 3, S. 467 bis 471, beschrieben, wobei es sich dort insbesondere um polykristallines mit Si dotiertes YIG (Y₃Fe₃Oi2:Si) und um monokristallines mit Ga dotiertes CdCr₃Se₄ (CdCr₃Se₄:Ga) handelt.

Eisenborat (FeBO₃) ist ein transparentes (gründurchlässiges) ferromagnetisches Material mit einer Vorzugsmagnetisierungsebene. Es hat die Kalzitstruktur und eine Curietemperatur von 348° K.

Die Herstellung von FeBO₃-Einkristallen ist z. B. aus »Applied Physics Letters«, Band 14, Nr. 11,1. Juni 1969, bekannt.

Das photomagnetische FeBO₃ kann Zusätze oder Dotierungsstoffe enthalten, durch die es sich besonders gut als Material zur Anwendung bei einem Verfahren zur Speicherung von Informationen der oben erwähnten Art eignet. In diesem Zusammenhang hat sich mit Mg oder mit Cu dotiertes FeBO₃ als besonders geeignet erwiesen.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte verwendet wird, deren magnetische Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung abnimmt, und durch Bestrahlung einer Stelle mit elektromagnetischer Strahlung eine sich an dieser Stelle befindende magnetische Domäne an dieser Stelle fixiert wird.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte verwendet wird, deren magnetische Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung zunimmt, und durch Bestrahlung einer Stelle mit elektromagnetischer Strahlung eine sich an dieser Stelle befindende magnetische Domäne von dieser Stelle weg bewegt wird.

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 stabilisert sind; andererseits ist es möglich, durch eine andere Wahl des photomagnetischen Materials gerade die Bewegung einer magnetischen

Domäne 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 bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen aufweisen, ergibt die Betriebstemperatur bei der Speicherung von Information 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 zeigt

F i g. 1 schematisch eine Platte aus magnetischem Material mit einer magnetischen Domäne,

F i g. 2 eine graphische Darstellung, in der die Energie E einer Domänenwand über der Stelle der Wand in einer Platte aus nominal reinem FeBC>3, aufgetragen ist und

F i g. 3 eine gleiche graphische Darstellung, jedoch für mit Cu dotiertes FeBO₃.

F i g. 1 zeigt eine dünne Platte 1 aus magnetischem Material mit einer bevorzugten Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Platte, wobei sich die Platte in einem äußeren Vormagnetisierungsfeld Hb befindet, dessen Richtung gleichfalls zur Platte senkrecht ist. Die Magnetisierung Ms in der Platte 1 ist im wesentlichen parallel zur Richtung des Vormagnetisierungsfeldes; in der Platte 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 durch Aufdampfen 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 £der Domänenwand 3 in einem Schnitt längs der Linie X zeigt, wenn die in F i g. 1 gezeigte Platte 1 an der Stelle X\ mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird. In diesem Falle besteht die Platte aus nominal reinem FeBO₃; sie wird aus einem Einkristall dadurch hergestellt, daß von diesem Einkristall längs einer Ebene, die mit der kristallographischen C-Ebene einen Winkel einschließt, eine Scheibe abgeschnitten und in diese Scheibe eine maximale Anisotropie senkrecht zu der Oberfläche eingeführt wird. Letzteres erfolgte im vorliegenden Falle dadurch, daß die Oberfläche des Kristalls einer Polierbearbeitung unterworfen wurde, wodurch mechanische Spannungen erzeugt wurden, die die erforderliche 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 benötigen 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

ίο 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 FeB03 bei Bestrahlung mit Licht zunimmt.

Bei dem bereits erwähnten aus der Literatur bekannten YIGrSi 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 FeBO₃ an einen Mechanismus zu denken ist, der die Fe³+-Gitterstellen ungleichwertig macht.

Dieser Mechanismus kann eine Abweichung von der Stöchiometrie sein. Aus einer chemischen Analyse des bei den oben beschriebenen Versuchen verwendeten Musters ergab sich z. B., daß das nominal reine FeBO³ einen Sauerstoffmangel aufwies. Eine nicht besetzte Sauerstoffstelle kann eine örtliche Herabsetzung der Symmetrie in bezug auf zwei benachbarte Fe-Ionen herbeiführen.

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 FeBO₃ bei Beleuchtung eine Herabsetzung der Permeabilität entsprechend dem bei dem bekannten YIGrSi auftretenden Effekt erhalten wird. Dagegen wurde gefunden, daß bei dem nicht absichtlich dotierten nominal reinen FeBO₃ bei Beleuchtung eine Zunahme der Permeabilität auftritt. Insbesondere bewirkt ein auf ein im Dunkeln auf 77° K abgekühltes Muster einfallendes Lichtbündel mit einer Wellenlänge zwischen 0,4 und 1,1 μΐη und einer Intensität von 10~² W/cm² in 10 Sekunden eine Zunahme der magnetischen Permeabilität von 50%.

Das Ergebnis eines an einem anderen Material als dem anhand der F i g. 3 beschriebenen Beispiel durchgeführten Versuches ist in Fig.3 dargestellt. In diesem Falle war das Material, aus dem die Platte 1 bestand, mit Cu dotiertes FeBO₃. Bei diesem Material nimmt also die magnetische Permeabilität durch Bestrahlung mit Licht ab, so daß die Domänenwandenergie E an der Stelle des bestrahlten Punktes X 2 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 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 FeBC>3 verwendet werden, um darin magnetische Domänen zu erzeugen und mit Hilfe von Licht zu manipulieren, d. h. zu fixieren bzw. zu verschieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Speicherung magnetischer Information in eine Platte aus einem magnetischen Material, das im wesentlichen der Zusammensetzung FeBO₃ entspricht, mittels Erzeugung und Verschiebung magnetischer Blasendomänen in der in einem Magnetfeld aufgestellten Platte, d a durch gekennzeichnet, daß die Platte an einer gewünschten Stelle mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, so daß eine Blasendomäne entweder an dieser Stelle fixiert oder von dieser Stelle weg bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte verwendet wird, deren magnetische Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung abnimmt, und durch Bestrahlung einer Stelle mit elektromagnetischer Strahlung eine sich an dieser Stelle befindende magnetische Blasendomäne an dieser Stelle fixiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte verwendet wird, deren magnetische Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung zunimmt, und durch Bestrahlung einer Stelle mit elektromagnetischer Strahlung eine sich an dieser Stelle befindende magnetische Blasendomäne von dieser Stelle weg bewegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetisches Material mit Mg oder mit Cu dotiertes FeBO₃ verwendet wird.