DE2159443B2 - Verfahren zur Formierung zylindrischer Bläschendomänen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formierung zylindrischer Bläschendomänen in einer magnetischen Schicht, wobei die Magnetisierung der Bläschendomänen normal zur Schichtoberfläche gerichtet ist

Die Anwendung zylindrischer Bläschendomänen für Speicherzwecke ist bekannt und ist beispielsweise der Veröffentlichung von Perneski »The Propagation or Cylindrical Magnetic Domains«, IEEE Transactions on Magnetics, Bd. MAG-5, Nr. 3, September 1969, Seite 554 zu entnehmen. Für jede Anordnung, die sich magnetischer Blaschendomänen bedient, besteht das Problem zur Erzeugung einer anfänglichen Bläschendomäne. Es ist bekannt, daß Bläschendomänen gefaltet und getrennt werden können, um so eine Vielzahl von Bläschendomänen zu erzeugen. Es gibt auch umständlichere Verfahren zur Erzeugung einer

is ersten Bläschendomäne. Dabei ist es jedoch äußerst schwierig, neue Bläschendomänen in einer magnetisch gesättigten, magnetisierbaren Schicht zu formieren. Die magnetisierbaren Materialien, die im allgemeinen für Bläschendomänenanordnungen Verwendung fin- * 20 den, erfordern hohe Formierungsfelder und niedrige Wandverschiebungsfelder.

Ein Verfahren zur Erzeugung einer anfänglichen Bläschendomäne ist in der USA-Patentschrift 3460116 beschrieben. In dieser Patentschrift wird eine sogenannte Mutter-Bläschendomäne erzeugt, indem magnetisches Material auf eine solche Temperatur aufgeheizt wird, daß sich positive und negative Domänen in einer entsprechenden magnetisierbaren Schicht erzeugen lassen, wenn diese dann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Wird diese magnetische Schicht oberhalb der Curie-Temperatur erhitzt und dann wieder abgekühlt, dann wird das Material entmagnetisiert, indem sich ein schlangenartiges Domänenmuster bildet. Wird darauf ein in der Normalen der Magnetschicht gerichtetes Vormagnetisierungsfeld angelegt, dann schrumpfen diese schlangenf örmigen Domänen zu zylindrischen Bläschendomänen zusammen.

Ein weiteres Verfahren zur Erzeugung zylindri-

scher Bläschendomänen schließt die Anwendung eines kurzen Impulses von etwa 50 Nanosekunden Impulslänge für ein Magnetfeld ein, das normal zur Ebene eins» magnetisierbaren Scheibchens gerichtet ist.

In der USA-Patentschrift 3 506 974 ist die Anwendung eines Laserstrahls beschrieben, um zylindrische Domänen in einer magnetisierbaren Schicht hervorzurufen. Dieser Laserstrahl erhöht in einem örtlich begrenzten Bereich die Temperatur der magnetisieren baren Schicht, so daß sich bei Anwendung eines magnetischen Feldes, das senkrecht zu der Magnetschicht gerichtet ist, unter Absenken dieser Temperatur zylindrische Domänen ausbilden können.
Die bekannten Verfahren und Anordnungen zur Erzeugung von zylindrischen Bläschendomänen enthalten Auf heiz-Verfahrensschritte, indem Lichtstrahlen oder Heizöfen Verwendung finden, was naturgemäß nicht sehr vorteilhaft ist. Hinzu kommt noch, daß es lediglich das sehr aufwendige Verfahren unter Anwendung der Laserstrahltechnik gestattet, Bläschendomänen in einer magnetisierbaren Schicht an ausgewählten Stellen hervorzurufen. Diese bekannten Verfahren zur Erzeugung von Bläschendomänen sind demnach sehr aufwendig und nicht leicht für den Ge-

b5 brauch mit magnetischen Scheibchen anzupassen, auf denen eine größere Anzahl von Schalt- und Speichervorrichtungen vorgesehen sein kann. Alle diese bekannten Verfahren erfordern weiterhin relativ hohe

Eingangsleistungen und sind darüber hinaus nicht einfach in der Anwendung, wenn eine magnetische Schicht gesättigt ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zur Erzeugung magnetischer Bläschendomänen bereitzustellen, das relativ einfach ist und ohne großen Aufwand durchgeführt werden kann, wobei es möglich sein soll, Bläschendomänen an vorausbestimmbaren Stellen der Magnetschicht bereitzustellen. Außerdem soll die erforderliche Leistung mi- to nimal sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten

1. die magnetische Schicht durch ein normal zur Schichtoberfläche gerichtetes erstes Magnetfeld is bis zur Sättigung magnetisiert wird,

2. ein dem ersten Magnetfeld entgegengesetzt gerichtetes, örtlich eng lokalisiertes, zweites Magnetfeld an einer ausgewählten Stelle der Magnetschicht hervorgerufen wird,

3. die Stärke des ersten Magnetfeldes auf einen Wert reduziert wird, der höchstens gleich der Differenz beider Feldstärken ist, wobei der genannte Wert die erforderliche Feldstärke zur Formierung einer Bläschendomäne an der gewünschten Stelle der Magnetschicht darstellt.

Durch die Magnetisierung bis zur Sättigung wird erreicht, daß sich keine Bläschendomänen mehr zu Anfang in der magnetisierbaren Schicht befinden, um so tatsächlich sicher zu sein, daß nach Ablauf der Ver- )o fahrensschritte eine Bläschendomäne an der gewünschten Stelle auftritt. Das Material für die magnetisierbare Schicht kann ein Orthoferrit oder ein Granat sein.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin- J5 dung ist vorgesehen, daß das zweite Magnetfeld durch die Wirkung eines sich in der Ebene der Schichtoberfläche drehenden dritten Magnetfeldes auf einem auf der Oberfläche der Magnetschicht befindlichen magnetisierbaren Streifen hervorgerufen wird. Ein derart verbessertes Verfahren gestattet es, mit einem minimalen Aufwand eine Bläschendomänenanordnung, wie z. B. eine Speichervorrichtung, zu betreiben, da nämlich kein besonderer Bläschendomänengenerator erforderlich ist, sondern vielmehr der magnetisierbare Streifen zur Verschiebung von Bläschendomänen selbst in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden kann.

Diese Wirkung wird in vorteilhafter Weise verbessert, wenn auf der gegenüberliegenden Seite der Magnetschicht ein zweiter Streifen angebracht wird, der- to art, daß sich die beiden Enden der magnetisierbaren Streifen gegenüberliegen. Dies trägt zu einer Verstärkung des Mgnetfeldes bei, so daß die erwünschte Wirkung erhöht wird.

Gemäß einer Abwandlung der Erfindung lassen sich die Anordnungen mit einem Streifen und mit zwei Streifen auch durch entsprechende stromdurchflossene Wicklungen ersetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich weiterhin verbessern, wenn in einem nachfolgenden weite- t>o ren Verfahrensschritt die Stärke des ersten Magnetfeldes zur Vormagnetisierung der Magnetschicht wieder erhöht wird, bis sich der gewünschte Durchmesser der erzeugten Bläschendomäne eingestellt hat. Damit wird erreicht, daß die Bläschendomänen einen minimalen Durchmesser besitzen, und zwar einen immer gleichbleibenden, so aß entsprechend die Verschiebemittel auf der magnelisierbaren Schicht minimale Abmessungen besitzen können.

Um in einfacher Weise die Stelle zu bestimmen, an der Bläschendomänen erzeugt werden, soll in Anwendung der eingangs genannten Verfahrensschritte eine magnetische Unglekhförmigkeit an dieser Stelle der Magnetschicht eingebracht werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausf ührungsbeispielen anhand der unten aufgeführten Zeichnungen und aus den Patentansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 eine magnetisierbare Schicht, die mehreren magnetischen Feldern ausgesetzt ist, um hierin an bevorzugten Stellen Bläschendomänen hervorzurufen,

Fig. 1A die Andeutung des Anziehungsvermögens eines magnetisierbaren Streifens auf eine magnetische Domäne,

Fig. IB-ID das Hervorrufen einer zylindrischen Bläschendomäne am Ende des magnetisierbaren Streifens,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Erzeugung von Bläschendomänen,

Fig. 3 ein elektromagnetisch betätigtes Ausführungsbeispiel.

In der Darstellung nach Fig. 1 ist eine magnetische Schicht 10 gezeigt, die geeignet ist, Bläschendomänen hierin zu verschieben. Die magnetische Schicht besteht aus einem Orthoferrit oder einem Granat, wie üblicherweise bekannt. Auf der Magnetschicht 10 liegt ein Streifen 12 aus weichmagnetischem Material. Wie sich weiter unten noch im einzelnen ergibt, sind Dicke, Breite und Länge des Streifens 12 bedingt durch die Stärke des durch den Streifen 12 zu erzeugenden örtlichen Magnetfeldes.

In der Umgebung der magnetisierbaren Schicht 10 sind entsprechende Mittel vorgesehen, um ein in Ausbreitungsrichtung, der Schicht gerichtetes magnetisches Feld H und ein in der Normalen der Schicht 10 gerichtetes Stabilisierungsfeld H₁ zu erzeugen. Die in Fig. 1 angedeuteten Mittel hierzu bestehen sämtlich aus stromführenden Wicklungen. Die Stabilisierungswicklung 14 liegt mit ihrer Windungsebene in der Ebene der magnetisierbaren Schicht 10 und erzeugt ein Vormagnetisierungsfeld H₁ unter Einwirkung des hier durchfließenden Stromes I. Dieser Strom I₁ ist variabel, so daß das Vormagnetisierungsfeld H₁ ebenfalls in seiner Stärke variabel ist. Wie allgemein üblich, so lassen sich auch hier die Magnetfelder in beiden Z-Richtungen bereitstellen.

Die X- und Y-Wicklungen 16 und 18 dienen zur Bereitstellung entsprechender Komponenten eines sich in der Schichtebene drehenden magnetischen Feldes H. Diese Wicklungen führen Ströme I_x und I_Y, die ebenfalls variabel sind. Je nach Erregung dieser Wicklungen kann das Feld H in der einen oder anderen A'-Richtung oder in der einen oder anderen Y-Richtung gerichtet sein. Es ist also möglich, durch entsprechende Einstellung der Ströme I_x und I_Y ein magnetisches Feld an den Enden des weichmagnetischen Streifens 12 hervorzurufen. Der magnetisierbare Streifen 12 kann demnach ein planares Magnetfeld längs seiner Länge erhalten.

Anfänglich sind magnetische Domänen beliebig in der magnetisierbaren Schicht 10 verteilt. Diese Domänen werden, wie in Fig. IA gezeigt, durch einen weichmagnetischen Streifen 12 angezogen, hier speziell Domäne 20. Beliebig verteilte magnetische Domänen sind jedoch nicht brauchbar, da im e'Igemeinen mit einer domänenfreien Schicht 10 der Anfane ee-

nommen wird, um dann je nach Bedarf eine Domäne an vorgegebener Stelle der magnetisierbarer! Schicht 10 hervorzurufen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1 wird auf die Darstellungen nach den Fig. IB bis ID hingewiesen, anhand deren sich die Erfindung leicht erläutern läßt. Zu Beginn wird die Speicherfläche der magnetisierbaren Schicht 10 in bezug auf etwa vorhandene Domänen gelöscht, indem ein Vormagnetisierungsfeld H₂ entsprechender Stärke angelegt wird. Dies hat zur Folge, daß keine im entgegengesetzten Sinne polarisierten Domänen in der magnetisierbaren Schicht 10 verbleiben.

In der Darstellung nach Fig. IB besitzt das Magnetfeld H einen Wert + H_Y, so daß der Streifen 12 in diesem Falle in Richtung des Ffeiies 22 magnetisiert ist. Die Magnetisierung des Streifens 12 ruft positive magnetische Ladungen an einem Ende des Streifens 12 und negative magnetische Ladungen an dem anderen Ende hervor, wie in Fig. 1B gezeigt. Infolgedessen entsteht ein magnetisches Streufeld an jedem Ende des Streifens 12, wobei dieses magnetische Streufeld außerdem eine Komponente in der Z-Richtung besitzt. Am oberen Ende des Streifens 12 ist die durch das magnetische Streufeld des Streifens 12 hervorgerufene Komponente -AH₂ entgegengesetzt zum Vormagnetisierungsfeld H₂ gerichtet. Am unteren Ende des Streifens 12 hingegen ist die Komponente + AH₂ in Richtung des Vormagnetisierungsfeldes H₂ ausgerichtet.

Das Vormagnetisierungsfeld H₇ wird anschließend in seiner Stärke reduziert, bis sich eine Bläschendomäne am oberen Ende des Streifens 12 bildet. Die in zylindrischer Form vorliegende Bläschendomäne bildet sich, wenn AH_Z — H₂ größer ist als das Formierungsfeld H_n an der besagten Stelle. Es ist also in der Darstellung nach F'.g. IC vorausgesetzt, daß das Vormagnetisierungsfeld H₂ reduziert ist, wohingegen der Streifen 12 durch die entsprechende Feldkomponente Hy magnetisiert ist, indem dann die zylindrische Bläschendomäne 24 gebildet wird. Anschließend hieran wird das Vormagnetisierungsfeld H₂ verstärkt, um den Durchmesser der Bläschendomäne 24 auf den gewünschten Wert zu bringen (Fig. ID).

Durch Umkehrung der Magnetisierung des Streifens 12, indem eine Feldkomponente — H_Y angelegt wird und die oben angegebenen Verfahrensschritte entsprechend wiederholt werden, bildet sich eine zylindrische Bläschendomäne am anderen Ende des magnetisierbaren Streifens 12. Dieses Verfahren zur Erzeugung zylindrischer Bläschendomänen läßt sich bei einem speziellen Domänengenerator — rotierende weichmagnetische Scheibe—oder zur Erzeugung einer Bläschendomäne in der betreffenden magnetisierbaren Schicht selbst anwenden. So kann z. B. in T- und I-Streifen-Bläschendomänenschieberegistern eine zylindrische Bläschendomäne durch einen speziellen Domänengenerator oder auch an einem Ende eines T-förmigen Streifens erzeugt werden. Das Schieberegister läßt sich dann löschen, indem nur auf dem Domänengenerator eine zylindrische Bläschendomäne belassen wird. Der Betrieb des Schieberegisters selbst kann dann aufgenommen werden.

Der magnetisierbare Streifen 12 kann im allgemeinen aus weichmagnetischem Material bestehen, wobei dessen Dicke und Breite ausreichend ist, um ein örtliches Feld in der Z-Richtung hervorzurufen, dessen Stärke größer ist als das Formierungsfeld des Materials an dieser Stelle. Der Durchmesser des örtlichen magnetischen Feldes ist nahezu von gleicher Größe, wie der der sich ergebenden zylindrischen Bläschendomäne. So sind beispielsweise Streifen mit den Abmessungen 0,127 mm + 1,27 mm von 25,4 um Dicke angewendet worden, um zylindrische Bläschendomänen in Gd₀₁ FeO₃ zu erzeugen. Das örtliche Z-Magnetfeld hat ungefähr 55 Oersted betragen.

Ist das Formierungsfeld für die magnetisierbare

ίο Schicht besonders stark, kann es notwendig sein, an der Stelle des örtlichen Magnetfeldes einen Materialfehler anzubringen. Hierzu wird das Schichtmaterial einem Laserstrahl an der entsprechenden Stelle ausgesetzt; oder es kann auch durch Ätzen z. B. eine entsprechende Fehlerstelle hervorgerufen werden. Die Fehlerstelle besteht in irgendeiner magnetischen Nichtgleichförmigkeit, die die reguläre Ausbreitung der magnetischen Flußlinien im Material unterbricht. So stellt z. B. eine Kerbe in der magnetischen Schicht eine ausreichende Fehlerstelle dar, um eine Stelle zu bilden, die einen niedrigeren Formierungsschwellenwert besitzt. Überhaupt kann irgendeine Fehlerstellenart, die eine magnetische Nichtgleichförmigkeit herbeiführt, für diesen Zweck geeignet sein. Eine strukturelle Fehlerstelle, wie z. B. eine Versetzung, braucht jedoch nicht vorhanden zu sein. Das Herbeiführen einer Fehlerstelle ist verhältnismäßig einfach und kann wahlweise an einer beliebigen Stelle des Schichtmaterials vorgenommen werden, so daß sich

jo also Bläschendomänen in der magnetisierbaren Schicht 10 an beliebigen Stellen hervorrufen lassen. Der Streifen 12 wird dabei so angeordnet, daß das durch diesen Streifen erzeugte örtliche Magnetfeld an der Lage dieser Fehlerstelle auftreten kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird das örtlich erzeugte Magnetfeld durch Verwenden einer doppelten Auflage von weichmagnetischem Material in seiner Stärke erhöht. Die Mittel zur Erzeugung der Magnetfelder H₂ und H sind in dieser Darstellung weggelassen, da sie im wesentlichen denen der Fig. 1 entsprechen.

Die bestehenden magnetischen Streifen UA und 12 B sind auf gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der magnetischen Schicht 10 angeordnet. Dabei überlappen sich die Streifen 12/1 und 125 jedoch nicht. Ergibt sich aufgrund der verhältnismäßig geringen Länge dieser Streifen ein Wirbelfeld, dann kann unter Umständen ein Überlappen beider Streifen erforderlich sein. Der Hauptzweck der Anwendung zweier Streifen 12,4 und 12B besteht darin, ein verstärktes örtliches Magnetfeld in Z-Richtung bereitzustellen. Auf diese Weise läßt sich die Wahrscheinlichkeit wesentlich erhöhen, daß ein Formierungsschwellenwert des Materials an der Stelle dieses örtlichen Magnetfeldes überschritten wird. Ein Magnetfeld in — Y-Richtung verursacht so gleichzeitig ein sehr starkes örtliches Magnetfeld in Z-Richtung zwischen den Streifen 12/4 und 12B. Das so entstehende örtliche Magnetfeld ist dem Vormagnetisierungsfeld H₂ entgegengerichtet und dient zur Bildung zylindrischer Bläschendomänen an der Stelle zwischen den Streifen VlA und Λ2Β.

In Fig. 3 wird eine Alternativlösung gezeigt, bei der zwei Stromschleifen zur Bereitstellung des konzentrierten örtlichen Magnetfeldes in entgegengesetzter Richtung zum Vormagnetisierungsfeld H_z dienen. In der Stromschleife 26 fließt ein variabler Eingangsstrom J₁. Sie ist auf der oberen Oberflächeder magne-

tisierbaren Schicht 10 angeordnet. Ein variabler Strom I₁ fließt durch die Stromschleife 28, die an der unteren Oberfläche der magnetisierbaren Schicht 10 angeordnet ist. In gleicher Weise wie bei der Anordnung nach Fig. 2 wird auch hier eine verstärkte magnetische Feldkonizentration zwischen den Leiterschleifen 26 und 28 herbeigeführt. Es hat sich gezeigt, daß bei praktischer Anwendung der Erfindung die untere Stromschleife 28 nicht immer erforderlich ist. In diesem Falle ergibt sich ein ähnlicher Betrieb wie der bei Anwendung der Anordnung nach Fig. 1, indem der durch die Wiclldung 26 fließende Strom ein hinreichend starkes Streumagnetfeld erzeugt, dessen Richtung entgegengesetzt der Richtung des Vormagnetisierungsfeldes H_z ist.

Vorliegende Beschreibung zeigt also ein sehr einfaches Verfahren bzw. eine sehr einfache Anordnung zur Erzeugung magnetischer Bläschendomänen an jeder beliebigen Stelle einer magnetischen Schicht. Verallgemeinernd läßt sich sagen, daß die magnetische Schicht durch ein zu ihrer Oberfläche normal gerichtetes Vormagnetisierungsfeld gesättigt ist, so daß alle Bläschendomänen im Speicherbereich der magneti-

sehen Schicht gelöscht sind. Der Speicherbereich dient zur Speicherung und gegebenenfalls auch zu Schaltzwecken. Wird nun ein örtliches Magnetfeld in entgegengesetzter Richtung zu der des Vormagnetisierungüfeldes am Ende eines auf der Magnetschicht aufliegenden weichmagnetischen Streifens oder mit Hilfe einer Wicklung hervorgerufen, dann entsteht eine in umgekehrter Richtung zur Vormagnetisierung gerichtete Bläschendomäne an dieser Stelle, sowie das Vormagnetisierungsfeld reduziert wird. Im Anschluß daran wird das örtliche Magnetfeld reduziert und das Vormagnetisierungsfeld wird verstärkt, so daß der Durchmesser der erzeugten zylindrischen Bläschendomänen auf den gewünschten Durchmesser gebracht wird.

Da das oben beschriebene Verfahren bzw. Anordnung sehr einfach ist und Bläschendomänen an jeder beliebigen Stelle zu erzeugen gestattet, läßt sich diese Anordnung leicht in Bläschendomänenvorrichtungen integrieren, wobei dann lediglich das zur normalen Betriebsweise dieser Anordnungen erforderliche Magnetfeld zur Bläschendomänenerzeugung herangezogen zu werden braucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Formierung zylindrischer Bläschendomänen in einer magnetischen Schicht, wobei die Magnetisierung der Bläsebendomänen normal zur Schkhtoberfläcbe gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten

1. die magnetische Schicht (10) durch ein normal zur Schichtoberfläche gerichtetes erstes Magnetfeld (H_z) bis zur Sättigung magnetisiert wird,

2. ein dem ersten Magnetfeld (HJ entgegengesetzt gerichtetes, örtlich eng lokalisiertes, zweites Magnetfeld (HJ an einer ausgewählten Stelle der Magnetschicht (10) hervorgerufen'wird,

3. die Stärke des ersten Magnetfeldes (H) auf einen Wert (HJ reduziert wird, der höchstens gleich der Differenz beider Feldstärken (H_p - H_t) ist, wobei der Wert (H_n) die erforderliche Feldstärke zur Formierung einer Bläschendomäne (24) an der gewünschten Stelle der Magnetschicht (10) darstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Magnetfeld (H_p) durch die Wirkung eines sich in der Ebene der Schichtoberfläche drehenden, dritten Magnetfeldes (if) auf einem auf der Oberfläche der Magnetschicht (10) befindlichen magnetisierbaren Streifen (12) hervorgerufen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Magnetfeld (H_p) durch eine stromdurchflossene Wicklung (26) bereitgestellt wird', deren Ebene parallel zur Ebene der Magnetschicht (10) liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Magnetfeld (H_p) durch magnetisierbare Streifen (12/4, B) auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen der Magnetschicht (10) erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch zwei stromdurchflossene Wicklungen (26, 28), die einander gegenüberliegenden und auf gegenüberliegenden Seiten der Magnetschicht (10) angeordnet sind, das zweite Magnetfeld (H_p) bereitgestellt wird.

6. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem nachfolgenden weiteren Verfahrensschritt die Stärke des ersten Magnetfeldes (H₁) erhöht wird, um den Durchmesser der erzeugten Bläscheridomänen (24) auf einen gewünschten Wert einzustellen.

7. Verfahren mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Stelle in der Magnetschicht (10), an der das zweite Magnetfeld (H) auftreten soll, in einem vorangegangenen zusätzlichen Verfahrensschritt eine magnetische Ungleichförmigkeit an der genannten Stelle herbeigeführt wird.