DD275753A5

DD275753A5 - Anordnung zum auslesen von informationen aus einem magnetischen aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DD275753A5
Application number: DD88321196A
Authority: DD
Inventors: Jacobus J Ruigrok; Ulrich E Enz; Victor Zieren; Willem F Druyvesteyn
Original assignee: N. V. Philips'gloeilampenfabrieken,Nl
Priority date: 1987-11-02
Filing date: 1988-10-28
Publication date: 1990-01-31
Also published as: EP0315258A1; NL8702607A; JPH01143009A; CN1032987A; US4996621A; KR890008756A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Auslesen von Informationen aus einem magnetischen Aufzeichnungsmedium. Anordnung zum Auslesen von Informationen aus einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, wobei diese Anordnung eine Squid, ein aus zwei Flussleitern gebildetes magnetisches Joch und eine Flaeche fuer magnetische Flusskopplung der Squid mit dem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufweist. Die Squid ist mit Anschlussmitteln fuer eine Detektionsschaltung versehen. Fig. 1

Description

Ziel der Eriindunij

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile bekannter Anordnungen weitgehend zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindij ng h at nun zur Aufgabe, die eingangs erwähnte Anordnung derart zu ändern, daß eine Anordnung erhalten wird, die ebenso wici die inagnetoresistiven Leseköpfe für magnetischen Fluß empfindlich ist, aberinderdas Barkhausen-Rauschen nicht oder nur in geringem Maße auftritt, so daß die Anordnung sich durchaus eignet für das äußerst empfindliche Wiedergeben namentlich vor NF-Signalen. Diese NF-Signale können Audio-Signale sein, aber auch beispielsweise digitale Signale, die von beispielswoise Mehrspureninformationssystemen herrühren.

Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Anordnung das Kennzeichen auf, daß das Übertragungselement durch eine „superconu'ucli ng quantum interference device" (Squid) gebildet ist, wobei diese Squid mit Anschlußmitteln für eine Detektionsschi' Itung versehen ist. Eine derartige Anordnung ist wegen der Eigenschaften der Squid durchaus geeignet zum Auslesen ur.d^um störungsfreien Wiedergeben der in Form von Änderungen in der Magnetisierung des magnetischen Aufzeichnung smediums festgelegten Information, insbesondere derjenigen, die auf NF-Signale bezogen ist. Außerdem weist eine derartige Anordnung einen niedrigen thermischen Rauschpegel und einen hohen Wirkungsgrad auf. Squids sind tm eich bekannt und u.a. in dem Buch „Experimental Principles an Methods Below 1K" von O. V. Lounasmaa, Kapittel 7, Aciidemic press, London und New York, 1974 beschrieben. Eine Squid besteht im Grunde aus einem supraleitenden Körper, der an einer oder an zwei Stellen unterbrochen ist durch eine dünne Isolierschicht, wie eine Oxidschicht zum an dieser bzw. an diesen Stelle(n) Bilden eines schwachen Kontaktes (weak link).

Der supraleitende Körper und der schwache Kontakt bzw. die schwachen Kontakte bilden eine geschlossene Schleife mit einer eingeschlossenen Oberfläche, der ein Magnetfluß 0 aufgeprägt werden kann. Zwischen den durch einen schwachen Kontakt voneinander getrennten supraleitenden Teilen ist infolge des Tunneleffektes ein spuraleitender Stromdurchgang (Strom I) möglich. Entsteht dabei an dem schwachen Kontakt ein Spannungsunterschied U, so wird durch den Josephson-Effekt die Leistung wenigstens teilweise in eine Mikrowellenleistung mit einer Frequenz f = 2ek/h, wobei h die Plancksche Konstante ist, umgewandelt.

Wie bereits erwähnt, ist die Squid mit einem oder zwei schwachen Kontakten versehen. Eine Squid mit nur einem schwachen Kontakt wird als HF-vorgespannte Squid oder kurz als HF-Squid bezeichnet, in der Literatur ist in diesem Fall auch manchmal von einer HF-Squid oder a. c.-Squid die Rede. Eine Squid mit zwei schwachen Kontakten wird als Gleichstrom-vorgespannte Squid bezeichnet, oft kurz als Gleichstrom-Squid bezeichnet.

Im Rahmen der Erfindung sind mehrere Ausführungsformen möglich. Eine erste Sammlung von Ausführungsformen der Erfindung bezieht sich auf Anordnungen, bei denen einer der genannten Flußleiter durch die Squid hindurchragt. Eine zweite Sammlung von Ausführungsformen der Erfindung bezieht sich auf Anordnungen, bei denen um einen der genannten Flußleiter eine Wicklung eines supraleitenden Materials angeordnet ist, die mittels eines elektrischen Leiters aus einem supraleitenden Material mit der Squid induktiv gekoppelt ist.

In der Ausführungsform der zweiten Sammlung bildet die supraleitende Wicklung, hier als Aufnahmewicklung bezeichnet, einen Teil eines sog. Flußwandlers, der zugleich eine andere Wicklung, hier als Weiterleitwicklung bezeichnet, in der Nähe der Squid hat. Die Aufnahmewicklung des Flußwandlers, der als Ganzes supraleitend ist und in dem folglich Flußbeibehaltung gilt, leitet die Änderungen des Gesamtflusses durch den Flußwandler der Anordnung nahezu verlustfrei zu der Weiterleitwicklung insofern, als die Induktivität der Verbindung zwischen der Aufnahme- und der Weiterleitwicklung gegenüber der der Weiterleitwicklung klein ist. Die Weiterleitwicklung kann auf eine an sich bekannte Art und Weise mit einer HF- oder d.c.-Squid gekoppelt sein. Die Flußänderungen an der Stelle der Weiterleitwicklung sind aber maximal die Hälfte der externen Flußänderungen an dör Stelle der Wicklung 0.»,, d. h. des Flusses infolge der zu messenden äußeren Felder. Das optimale Ergebnis wird erreicht, wenn die Induktivität der Aufnahmewicklung der Induktivität der Weiterleitwicklung entspricht. Für die endgültige Ausgangsleistung der Anordnung ist es unwichtig, ob die Squid mit dem magnetischen Joch unmittelbar oder mittelbar gekoppelt ist, wie in den Ausführungsformen der ersten Sammlung bzw. in den Ausführungsformen der zweiten Sammlung.

In allen genannton Ausfuhrungsformen wird im Betrieb der Anordnung der umlaufende Strom in der supraleitenden Schleife der Squid einen derartigen Wert annehmen, daß der Gesamtfluß in der Schleife-also derjenige infolge des Flusaes in dem Flußleiter und derjenige infolge des umlaufenden Stromes i, durch die Schleife, 0i = i. L/N, wobei N die Anzahl Wicklungen ist und meistens gleich eins sein wird -einer ganzen Anzahl Male dem Flußquanten (Fluxon), O₀ = h/2 /e/, plus einem Teil (β - 2 π) β₀. wobei 0- den Phasenunterschied in der Wellonfunktion eines Cooperpaares (2 gepaarte Elektronen mit einer Gesamtdrehung gleich 0) über die Verbindung oder Verbindungen darstellt infolge des Superstromes I₁ durch die Verbindung bzw. Verbindungen.

Darin ist 2/e/ die Ladung des Cooperpaares und h die Plancksche Konstante. Wenn ein Fluxor. in die Schleife der Squid eindringt oder aus der Schleife heraustritt, wird dies an der Stelle des schwächsten Teils der Schleife, an dem schwachen Kontakt bzw. der weichen Verbindung (weak link) an dem Zeitpunkt erfolgen, an dem der kritische Strom, bei dem der schwache Kontakt gerade nicht supraleitend Ist, überschritten wird.

DIo Cooperpaaro befinden sich alle in ein und demselben makroskopischen Quantenzustand, so daß wegen der Eindeutigkeit der Wellenfunktion, die den Zustand beschreibt, über die ganze Schleife nur Phasendifferenzen gleich η · 2 π möglich sind. Die Phasenverschiebung über die Schloifo wird durch das Moment bestimmt, das aus einem kinetischen Teil besteht, der u. a. durch die Geschwindigkeit der Verschiebung der den umlaufenden Strom i, liefernden Cooperpaare bestimmt wird sowie aus einem Potentialteil infolge des umfaßten Gesamtflusses. Zu jedem bestimmten Süßeren Magnetfluß paßt auf diese Welse ein fester Strom oder ggf. mehrere feste Ströme. Der bei zunehmendem äußeren Fluß sich ändernde umlaufende Strom ist periodisch, wobei als Periodo In dom äußoron Fluß der Flußquant 0_ogilt, wobei vorausgesetzt wird, daß der kritische Strom, l_c, der durch die Eigenschaften des schwachen Kontaktes bestimmt wird, klein genug Ist, d. h. Ll_c ·0₆, wobei L die Induktivität der Schleife der Squid ist. Die Perioden lassen sich In dem Ausgangssignal zurückfinden und lassen sich mit einem digitalen Zähler zählen. Bei der Anordnung nach der Erfindung wird Jedoch vorzugsweise das an sich bekannte Gegenkopplungsverfahren angewandt

werden. Dazu wird mittels eines Gegenkopplungsstromes über beispielsweise eine zusätzliche Wicklung ein derart zusätzlicher Fluß in die Squid eingekoppelt, daß der Insgesamt umfaßto Fluß konstant und folglich das Ausgangssignal dnr Squid in dem Einstellpunkt ungei ndert bleibt. Vorzugsweise liegt dieser feste Einstellpunkt auf dem schroffsten Teil der Empfindlichkoitskurve der Squid. Die Größe des Gegenkopplungsstromes wird gemessen und ist ein direktes Maß für den äußeren magnetischen Fluß.

Das letztgenannte Verfahren ist u.a. üblich für eine Gleichstrom-Squid, weil diese mit Hilfe eines Gleichstromes eingestellt wird. Auf diese Weise lassen sich Bruchteile eines Flußquanten messen. Der Ausgang einer HF-Squid wird meistens induktiv mit einer Spule aus einem LC-Kreis gekoppelt, der auf der Resonanzfrequenz durch eine HF-Stromquelle mit beispielsweise einer Frequenz von 20MHz angetrieben wird. Auch hier kann Gegenkopplung angewandt werden. Das Gegenkopplungssigrial kann über eine zusätzliche Wicklung, aber auch über die HF-Wicklung oder die Weiterleitwicklung angeboten werden. Infolge der parametrischen Wirkung der Squid und des resonierenden LC-Kreises erscheinen die Flußänderungen als Ssitenbände des HF-Signals an dem LC-Kreis.

Obschon die Empfindlichkeit, d. h. die Änderung des Ausgangssignals bei infinitesimaler Änderung des zu messenden Flusses, der Squid bei Verringerung der Anzahl Windungen der Squidschleife meistens nicht zunimmt, wird vorzugsweise dennoch diese Anzahl Windungen gleich eins gewählt, weil die Amplitude des periodischen Ausgangssignals zunimmt. Di» Herabsetzung der Induktivität der Squidschleife bei gleichbleibender Windungszahl erhöht die Empfindlichkeit und meistens auch den Rauschabstand. Dies bedeutet, daß kleinere Ausführungsformen der Anordnung nach der Erfindung bei gleichbleibendem zu messendem Fluß infolge der geringeren Induktivität meistens einen günstigeren Rauschabstand aufweisen. Auch eine Erhöhung der Frequenz, f_o, dos HF-Signals, was erlaubt ist, solange 2 »τ f₀ < R/L ist, wobei R der ohmsche Widerstand der schwachen Kontakte Ist, wird die Empfindlichkeit und den Rauschabstand meistens verbessern. Auch dazu ist eine niedrige L, also eine kleine Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung günstig.

Für eine eingehendere Beschreibung der jeweiligen Squid-Typen und der dabei verwendeten Squid-Elektronik sei auf die einschlfigige Literatur verwiesen, aus der an dieser Stelle das bereits genannte Buch „Experimental Principles and Methods Below 1K" von O. V. Lounasmaa und die nachfolgenden Veröffentlichungen von John Clarke „Electronics with superconducting junctions", Physics Today, August 1971, Seiten 30-37, .Squids, Brains and gravity Waves", Physics Today, März 1986, Seiten 36-44 und»Low-Frequency Applications of Superconducting Quantum Interference Devices", Proceedings of the IEEE, Heft 61, Nr. 1, Januar 1973, Selten 8-19 erwähnt werden. Weiterhin sei noch auf die Europäische Patentanmeldung 0.212.452 (durch Bezeichnung als hierin aufgenommen betrachtet) verwiesen, in der ein mit einer Gleichstrom-Squid induktiv gekoppelter Flußtransformator dargestellt ist. Darin ist auch das Modulieren des Meßsignals in dem Flußtransformator mit einem Signal in dem Frequenzband, in dem das Eigenrauschen der Squid und die zugehörige Elektronik minimal ist, beschrieben. Weiterhin wird in der US-Patentschrift 4.324.255 eine Kombination einer HF-Squid und eines Flußtransformators dargestellt. In dieser Kombination wird mit Hilfe einer Spule um ein Toroid, das einen Fluß führt, der für das zu messende Signal repräsentativ ist, eine Induktionsspannung erzeugt, die mit Hilfe eines Koaxialkabels einer zweiten Spule zugeführt wird, die mit der ersten Spule des Flußtransformators induktiv gekoppelt ist.

In bezug auf den Ausdruck supraleitendes Material sei bemerkt, daß darunter ein Material verstanden wird, das sich in einem supraleitenden Zustand befindet und völlig oder nahezu völlig den Meißner-Effekt aufweist. Aus praktischen Gründen werden Werkstoffe, die eine relativ hohe kritische Temperatur aufweisen, beispielsweise über der Temperatur, bei der Stickstoff bei normalem Druck flüssig wird, bevorzugt. Geeignete Werkstoffe sind beispielsweise supraleitende Keramiken aus Verbindungen von Lanthan, Barium, Kupfer und Sauerstoff, wie La₁-J₁Ba_xCuO₄, wobei χ zwischen 0,15 und 0,6 liegt; Lanthan, Strontium, Kupfer und Sauerstoff, wie La₂__xSr,CuO<, wobei χ zwischen 0,16 und 0,2 liegt; Yttrium, Barium, Kupfer und Sauerstoff, wie YBa₂ Cu₃O₇._d, wobei d zwischen 0,0 und 1,0 liegt odor Y₀.4Ba_0>e Cu₁₀O₃₁₀; oder Yttrium, Barium, Strontium, Kupfer und Sauerstoff, wie YBa₂-I₁Sr_xCu₃O₇^, wobei d zwischen 0,1 und 0,6 liegt und χ zwischen 0 und 2 liegt, wobei ein Teil der Elemente teilweise ersetzt sein kann, beispielsweise Sauerstoff durch Fluor oder Strontium durch Kalzium und wobei χ vorzugsweise gloich 0 ist, wobei Ba durch Sr und Y durch ein Selten-Erdmetall ersetzt sein kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der genannten ersten Sammlung, wobei die Anordnung ein Substrat aufweist, auf dem eine erste magnetisch permeable Schicht, die den genannten ersten Flußleiter bildet, und eine zweite magnetisch permeable Schicht, die den genannten zweiten Flußleiter bildet, angebracht sind, wobei sich zwischen diesen permeablen Schichten ein sich bis an die genannte Fläche für magnetische Kopplung erstreckender Übertragungsspalt befindet, weist das Kennzeichen auf, daß die Squid um die zweite magnetisch permeable Schicht herum angebracht ist, wobei sich ein Teil der Squid zwischen den beiden magnetisch permeablen Schichten befindet. Diese Anordnung kann nach einer Dünnfilmtechnik aus einer Anzahl Schichten zusammengestellt sein zu einer kleinen gedrängten Einheit, in der die Übertragungsverluste auf ein Minimum beschränkt werden.

Die obengenannte bevorzugte Ausführungsform weist vorzugsweise das Kennzeichen auf, daß zwischen der ersten und der zweiten magnetisch permeablen Schicht eine Zwischenschicht aus einem supraleitenden Material angebracht ist, wobei vorzugsweise der genannte Teil der Squid sich zwischen der Zwischenschicht und der zweiten magnetisch permeablen Schicht befindet. Durch den Meißner-Effekt wird vermieden, daß zwischen den auf beiden Seiten der Zwischenschicht aus einem supraleitenden Material befindlichen Teilen der magnetisch permeablen Schichten ein magnetischer Kurzschlußfluß entsteht, was selbstverständlich auf den magnetischen Wirkungsgrad der Anordnung einen günstigen Einfluß hat. Eine andere bevorzugte Ausführungsform der ersten Sammlung v/eist das Kennzeichen auf, daß die Anordnung einen an sich ookannten Kernkörper aus einem weich-magnetischen Material mit mindestens einem Schutzblock, der mit einer Kontaktfläche vorsehen Ist, zum Zusammenarbeiten mit dem magnetischen Aufzeichnungemedium, sowie ein sich von dem Kernkörper bis en die Kontaktflflche erstreckendes, an sich bekanntes magnetisches Polelement au* einem weich-magnetischen Material, aufweist, wobei das Polelemont einen Teil des genannten ersten Flußleiters bildet und dor Kernkörper den genannten zweiten Flußleiter bildet, und daß dio Squid um das magnetische Polelement herum angeordnet ist. Auch diese Anordnung eignet sich durchaus zum äußeret empfindlichen Wiedergeben namentlich niederfrequenter Signale, vorzugsweise wird zum Erreichen einer möglichst hohon Ausbeute der Schutzblock wenigstens teilsweise aus weich-magnetischem Material bestehen und es wird zwischen dom magnetischen Polteil und dem Schutzblock einen Raum geben, in dom sich wenigstens ein Teil der Squid befindet. Vorzugsweise wird das Polelemont zur Vermeidung von Streufluß wenigstens teilweise mit einer Schicht eines supraleitenden Materials bedockt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der zweiten Sammlung, bei der die Anordnung ein Substrat aufweist, auf dem eine erste magnetisch permeable Schicht, die den genannton ersten Flußleiter bildet, und eine zweite magnetisch permeable Schicht, die den genannten zweiten Flußleiter bildet, angebracht sind, wobei sich zwischen den permeablen Schichten ein sich bis an die genannte Fläche für magnetische Flußkopplung erstreckender Übertragungsspalt befindet, weist das Kennzeichen auf, daß die Wicklung um die zweite magnetisch permeable Schicht angeordnet ist, wobei ein Teil der Wicklung sich zwischen den beiden ί

magnetisch permeablen Schichten befindet. Die Wicklung kann mittles einer Dünnfilmtechnik angebracht sein und mittels des supraleitenden Leiters mit einer HF-Squid oder mit einer Gleichstrom-Squid induktiv verbunden sein. Zur Vermeidung unnötiger Verluste wird die Länge des genannten Leiters möglichst kurz gehalten.

Die letztgenannte bevorzugte Ausführungsform weist vorzugsweise das Kennzeichen auf, daß zwischen der ersten magnetisch permeablen Schicht und der zweiten magnetisch permeablen Schicht eir.9 Zwischenschicht aus einem supraleitenden Material angebracht ist, wobei vorzugsweise der genannte Teil der Wicklung sich zwischen der Zwischenschicht und der zweiten '

magnatisch permeablen Schicht befindet. Aus dem bereits genannten Grund wird dadurch das Entstehen magnetischen Kurzschlußflusses zwischen den magnetisch permeablen Schichten vermieden.

Eine besonders gedrängte, wirksame und leicht herzustellende Anordnung wird erhalten, wenn die letztgenannte bevorzugte Ausführungsform das Kennzeichen aufweist, daß auf dem Substrat zugleich eine dritte magnetisch permeable Schicht und eine vierte magnetisch permeable Schicht angebracht sind, wobei diese Schichten einen Teil eines Transformatorjoches bilden, wobei dar genannte elektrische Leiter um nur eine der genannten Schichten des Transformatorjoches gewickelt ist und wobei die Squid um nureine dergenannten Schichten des Transformatorjoches angebracht ist, wobei ein Teil derSquid sich zwischen den beiden magnetisch permeablen Schichten des Transformatorjoches befindet. Aus den bereits genannten Gründen wird vorzugsweise die Indukt: Tiät der Leitungen zwischen der Aufnahme- und Weiterleitwicklung gegenüber der der beiden Wicklungen klein sein, und außerdem wird die Induktivität der beiden Wicklungen gleich gewählt werden, weil der maximale Teil des äußeren Flusses, und zwar die Hälfte, in das Transformatorjoch gelangt. Um dies zu erreichen, müssen die genannten Leitungen kurz und ggf. verdrillt sein und die beiden Wicklungen werden aus einer ausreichenden Anzahl Windungen bestehen, die sich derart zueinander verhalten, daß die Induktivitäten der Aufnahme- und Weiterleitwicklung einander möglichst nähern. Zur Erhöhung des Kopplungsfaktors des Transformatorteils der erfindungsgemäßen Anordnung nach der Erfindung ist es günstig, daß zwischen der dritten magnetisch permeablen Schicht und der vierten magnetisch permeablen Schicht eine weitere Zwischenschicht aus einem supraleitenden Material angebracht ist, wobei der genannte Teil der Squid sich zwischen der genannten Zwischenschicht und oinar der magnetisch permeablen Schichten des Transformatorjoches befindet.

Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung oiner als Dünnfilmstruktur ausgebildeten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2: eine schematische Darstellung einer teilweise als Dünnfilmstruktur ausgebildeten zweiten Ausführungsform, Fig.3: eine schematische Darstellung einer dritten, völlig in einer Mehrschicht-Dünnfilmstruktur ausgebildeten Ausführungsform,

Fig. 4: eine schematische schaubildliche Ansicht einer vierten Ausführungsform, Fig. 4 a: eine schematische Draufsicht einer Einzelheit der Fig. 4,

Fig. 5: eine schematische Seitenansicht einer fünften Ausführungsform und \

" j. 6: eine schematische Seitenansicht einersechsten Ausführungsform der Anordnung nach der Erfind'.;: in.

Die entsprechenden Teile in den Fig. 1,2 und 3 sind in der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen nach der Erfindung bilden mit dem Substrat laus einem nicht-leitenden Material, wie j

Glas, ein Ganzes und können völlig oder teilweise als Mehrschicht-Dünnfilmstruktur, angebracht auf dem Substrat 1, hergestellt werden. Techniken und Verfahren, wie Kathodenzerstäubung oder Aufdampfen, bekannt aus der Dünnfilmtechnik, können dazu verwendet werden, die Mehrschichtstruktur zu verwirklichen. Die Mehrschichtstruktur umfaßt eine erste Schicht 3 aus einem magnetisch permeablen Material, wie Nickel-Eisenlegierung oder Eisen-Silizium-Aluminiumlegierung sowie eine zweite Schicht 5 aus einem ähnlichen Material. Die erste magnetisch permeable Schicht 3 ist auf dem Substrat 1 vorgesehen, während die zweite magnetisch permeable Schicht 5 derart angebracht ist, daß die beiden Schichten 3 und 5 in einem Gebiet, das durch das Bezugszeichen 7 angegeben ist, magnetisch miteinander verbunden sind und außerhalb dieses Gebietes magnetisch j

gegeneinander isoliert sind. Die Schichten 3 und 5 bilden auf diese Weise zusammen ein magnetisches Joch 9 mit einem j

Innenraum 11. Die Ausführungsformen weisen weiterhin eine Fläche 13 zur magnetischen Flußkopplung einer Squid mit einem ;

magnetischen Aufzeichnungsmedium auf. Die Squid ist in den Fig. 1,2 und 3 nacheinander mit den Bezugszeichen 15,17 bzw. 19 |

angegeben. In dem Zwischenraum ii.derinderNähedergenanntenFläche 13einen Übertragungsspalt 21 bildet, bt'indet sich j

eine Zwischenschicht 23 aus· einem supraleitenden Materii I. Die erfindungsgemäße Anordnung kann weiterhin mit einer Schutzschicht 25 und einem zwischen dem Substrat 1 und der Schicht 3 angeordneten Schild versehen sein, beide aus einem supraleitenden Material, zum Abschirmen der Anordnung gegen störende äußere Magnetfelder. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird zugleich die Ausbeute des Kopfes weiter vorbessert. Ein geeignetes supraleitendes Material weist '

beispielsweise Yttrium, Kupfor und Sauerstoff auf, von dem laut eines Artikels in der Zeitschrift JEI vom August 1987 dargelegt Ist, daß es bei 27°C supraleitend ist. j

Damit dia Figuren nicht unnötig verwickelt worden, sind überall die notwendigen elektrisch isolierenden Schichten, meistens im Kathodonzerstäubungsverfahren angebrachte Oxide, fortgelassen. Überall, wo Kurzschlüsse vermieden werden müssen, sind :

selbstverständlich Isolierschichten vorgesehen. Weiterhin ist deutlichkeitshalber vorausgesetzt, daß einige Schichten !

transparent sind. DIo Ausführungsformen der Fig. 1,2 und 3 werden nun einzeln näher erläutert. !

Die in der Ausführungsform nach Fig. 1 vorhandene Squid ist eine Gleichstrom-Squid mit zwei Josephson-Verbindungen als schwachen Kontakten, die durch die Bezugszeichen 29 und 31 bezeichnet sind. Auf beiden Seiten der genannten Verbindungen 29 und 31 besteht die Squid aus einer supraleitenden Schicht, beispielsweise im Kathodenzerstäubungsverfahren gebildet. Die Verbindungen 29 und 31 können durch eine in einem Zerstäubungsverfahren hergestellte Oxidschicht gebildet j

sein. Wie in Fig. 1 deutlich ersichtlich, ragt die magnetisch permeable Schicht 5, die als Flußleiter wirksam ist, durch die j

ringförmige Squid hindurch, wobei die Squid sich te! weise zwischen dieser Schicht 5 und der Zwischenschicht 23 befindet. Die J Squid ist mit zwei Kontaktflächen 33 verbunden mit einer (nur schematisch angegebenen) Stromquelle 36 und einer j

Detektionsschaliung 35.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 ist mit einer Wicklung 37 versehen, die einen Teil einer Gegenkopplung bildet. Dadurch kann mittels eines Gegenkoppelstromes l,k durch die Wicklung ein derartiger zusäMicher magnetischer Fluß in die Squid 15 ·

eingekoppelt werden, daß der Gesamtfluß und folglich das Ausgangssignal der Squid in dem Einstellpunkt ungeändert bleibt. Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist mit einer Wicklung 39 versehen, die einen Teil eines Flußtransformators 41 bildet, der zugleich mit einer Weiterleitwicklung 43 versehen ist, die mit der HF-Squid 17 induktiv gekoppelt ist. Die Squid 17, deren Verbindung 45 vom ?unktkontakttyp ist und durch die Spitze einer supraleitenden Schraube 47 gebildet wird, ist mit einem auf die Frequenz des HF-Oszillators 49 abgestimmten LC-Kreis 48 einer Detektionsschaltung 50 induktiv gekoppelt. Die Aufnahmewicklung 39 weist eine Anzahl aus dünnen Schichten eines supraleitenden Materials gebildeter Windungen auf. Die ,

Wicklung 39 ist um den durch die magnetisch permeable Schicht 5 gebildeten Flußleiter angebracht, wobei die Ausläufer der j

Wicklung mit einem Leiter 51 des Flußtransformators 41 verbunden sind. Die über und unter der Schicht 5 vorhandenen supraleitenden, die Wicklung 39 bildenden Teile der Windungen sind auf beiden Seiten der Schicht 5 selbstverständlich ,

supraleitend miteinander verbunden. Die supraleitenden Übergänge sind mit dem Bezugszeichen 53 bezeichnet. Die Ausführungsform der Fig. 3 ist eine Alternative der Ausführungsform der Fig. 2 und weicht im wesentlichen darin ab.daß die Squid in diesem Fall auch nach einer Dünnfilmtechnik hergestellt ist, wobei in diesem Beispiel ein gemeinsames Substrat 1 verwendet worden ist. Diese Ausführungsform ist mit einer Aufnahmewicklung 55 versehen, die, was die Ausbildung anbelangt, der bereits beschriebenen Wicklung 39 völlig entspricht. Die Aufnahmewicklung 55, die aus den Schichten 57 und 59 aus einem supraleitenden Material aufgebaut ist, die mittels Kontaktflächen 61 miteinander verbunden sind und die sich über bzw. unter der Schicht 5 erstrecken, ist mit Ausläufern versehen, die mit einem supraleitenden Leiter 63 verbunden sind. Der Leiter 63 ist in Form vorzugsweise einer einzigen Windung um ein Transformatorjoch 65 gewickelt. Das Transformatorjoch 65 ist mit Hilfe einer Dünnfilmtechnik auf dem bereits genannten Substrat 1 angebracht. Das Transformatorjoch 65 besteht im Grund aus zwei magnetisch permeablen Schichten 67 und 69, die zur Unterscheidung der bereits genannten magnetisch permeablen Schichten alc dritte bzw. vierte magnetisch permeable Schicht bezeichnet werden können. Die Schichten 67 und 69 sind in Gebieten 71 magnetisch miteinander verbunden und bilden auf diese Weise ein geschlossenes Joch mit einem Innenraum 73. Zur :

Vergrößerung des Koppelfaktors ist in dem Innenraum 73 eine Schicht 75 aus einem supraleitenden Material angebracht. Der genannte supraleitende Leiter 63 erstreckt sich in den Innenraum 73 zwischen der letztgenannten Schicht 75 und der magnetisch permeablen Schicht 65 und ist in diesem Beispiel mit 7wei Windungen 77 versehen. Die bereits genannte Squid 19 in Dünnfilmausbildung erstreckt sich um die magnetisch permeable Schicht 69 des Transformatorjoches 65 herum und befindet sich teilweise zwischen der supraleitenden Schicht 75 und der magnetisch permeablen Schicht 69. Zwischen dem über und unter der magnetisch permeablen Schicht 69 befindlichen Teil der Squid befinden sich zwei Übergänge 79, die durch eine sehr dünne elektrisch isolierende Schicht zum Bilden zweier weicher Kontakte gebildet werden. Die hier gezeigte Squid ist daher eine Gleichstrom-Squid. Die Squid 19 ist mit Anschlußflächen 74 versehen, an die eine Detektionswicklung 81 und eine Stromquelle 80 angeschlossen sind.

Die in den Flg.4,5 und 6 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung sind insbesondere bestimmt zum Gebrauch bei Senkrechtaufnahme. Die Ausführungsformen sind mit ja einem Kernkörper 101 aus einem weichmagnetischen Material, wie einem Forrit, versehen, wobei dieser Körper mit einem oder zwei Schutzblöcken versehen sein kann. In den dargestellten Ausführungen sind immer zwei Schutzblöcke vorhanden, die durch die Bezugszeichen 10-3 und 105 bezeichnet sind, wobei diese Schutzblöcke eine Kontaktfläche 107 zum Zusammenarbeiten mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium bilden. Das magnetische Aufzeichnungsmedium besteht aus einem nicht-magnetischen Träger 109, einer Zwischenschicht 111 und einem weich-magnetischen Material und einer darauf angebrachten dauermagnetisierten Deckschicht 113. Die Ausführungsformen nach den letzten drei Figuren weisen weiterhin ein sich zwischem dem Kernkörper 101 und der Kontaktfläche erstreckendes magnetisches Polelement 115 auf. Das Polelement 115, das in den Figuren nur schematisch dargestellt ist, wird in einer praktischen Ausführungsform als Dünnfilm aus einem weich-magnetischen Material, wie einer Legierung auf der Basis von Ni und Fe oder Fe, Al und Si oder aber einem amorphen Material, wie COj₆₁₁Nb₈₁₆Zr₆₁₃ oder einem J

nicht-amorphen Material, wie CoSeFe₆B₆Si₂ mit einem Sättigungswert B₂ = 1,5T angebracht. Zur Vermeidung von StreufluG I

kann das Polelemont völlig oder teilweise auf einer oder auf zwei Seiten mit einer Schicht 117 aus einem supraleitenden Material bedeckt sein. Ein wichtiges gemeinsames Kennzeichen der Anordnungen der Fig.4,5 und 6 ist das Vorhandensein einer um das Polelement 115 angebrachten Squid, die nacheinander durch das Bezugszeichen 119,121 und 123 bezeichnet sind. ;

Einige Besonderheiten der Anordnungen der Fig. 4,6 und 6 werden untenstehend kurz erläutert. Von der Anordnung nach Fig. 4 sind die Schutzblöcke 103 und 105 aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt. Dadurch, daß das magnetische Polelement 115 zwischen den beiden Schutzblöcken 103 und 105 eingeklemmt ist, hat diese Anordnung gleichsam zwei halb unendliche Spalte auf beiden Seiten des Polelementes 116. Die Schutzblöcke 103 und 105 heben eine Breite W', die größer Ist als j

die dio Spurbreite definierende Breite W des Polelementes 116. Die supraleitenden Schichten 117 weisen vorzugsweise eine Breite auf, die größer ist als die Breite W. Wie In Flg.4 ersichtlich, 1st die Squid 119 mit zwei weichen Kontakten 126 versehen, die ale Josepheon-Verbindungen gebildet sein können. Statt der genannten Verbindungen können die weichen Kontakte auch als DayonvBrücken oder als Proximity-Effekt-Verblndungen ausgebildet sein. Im letzteren Fall ist eine Metallschicht 127 (siehe Fig. 4a) übor die Einengung 126 angebracht, um den Kontakt über die Einengung weiter zu schwächen. Die Squid Ist mit zwei supraleitenden Schichten 129 zum Anschließen einer geeigneten Detektionsschaltung versehen. Es sei noch bemerkt, daß es möglich ist, den Kornkörper 101 fortzulassen, wobei die Schutzblöcke als Kernkörper wirksam sind.

Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung hat im Gründe eine wirtschaftlichere Konfiguration als die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform, weil diese Anordnung einen weich-magnetischen Kernkörper 101 sowie zwei weich-magnetische Schutzblöcke 103 und 105 aufweist. Zwischen dem Polelement 115 und den Schutzblöcken 103 und 105 befindet sich ein breiter Spalt 131 bzw. 133. Gegen den Kernkörper 101, mit dem die Schutzblöcke 103 und 105 im Grunde eine Ganzes bilden, befindet sich die bereits benannte Squid, die als Gleichstrom-Squid oder als HF-Squid mit oder ohne Gegenkopplungs>-'-klung ausgebildet sein kann.

Die Anordnung nach Fig.6 hat eine etwa gleich wirtschaftliche Konfiguration wie die Ausführungsform nach Fi; 5. Der Kernkörper 10! und der Schutzblock 105 bilden einen Teil aus einem weich-magnetischen Material. Der Schutzb'c ;k 103 dagegen ist aus einem nicht-magnetischen Material, wie Sr-Titanat, Ba-Titanat, Ca-Titanat, Glas oder AI₂O₃, hergestellt. Zwischen dem Schutzblock 105 und dem Polelement 115 befindet sich ein relativ breiter Spalt 135. Die Squid 123, die als eine der bereits genannten Typen ausgebildet sein kann, ist um das Polelement 115 angebracht, wobei ein Teil der Squid sich zwischen dem Polelement und einer der supraleitenden Schichten 117 befindet und ein anderer Teil der Squid sich in dem Spalt 135 befindet und folglich zwischen einer der genannten supraleitenden Schichten 117 und dem magnetisch permeablen Schutzblock 105 befindet.

In allen AusfOhrungsformen ist es selbstverständlich von großer Bedeutung, alle Teile der Anordnung einschließlich der Squid möglichst gut gegen äußere Störfelder zu schützen, so daß die Squid nicht aus dem eingestellten Gebiet gerät. Dies bedeutet beispielsweise, daß die Leiter 51 und die Squid 17 der Anordnung aus Fig.2 vorzugsweise mit abschirmenden supraleitenden Kochern versehen sein werden.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen, und es sind im Rahmen der Erfindung mehrere Ausführungsformen möglich. Dabei läßt sich beispielsweise an Gradiometerausbildungon denken, wobei die Windungen der Squid-Schleife oder der Aufnahmewicklung des Flußtransformators um zwei, vier oder mehr einzelne permeable Schichter, herum liegen, wobei jede Schicht eine Fläche aufweist zur magnetischen Kopplung mit dem rieht homogen magnetisieren Aufzeichnungsmedium.

Claims

1. Anordnung zum Auslesen von Informationen aus einem magnetischan Aufzeichnungsmedium, wobei diese Anordnung ein Übertragungselement und ein mit diesem Übertragungselement zusammenarbeitendes magnetisches Joch aufweist, das mit einem ersten Flußleiter sowie einem örtlich und räumlich davon getrennten zweiten Flußleiter versehen ist, wobei diese Anordnung weiterhin eine Fläche zur magnetischen Fiußkopplung des Übertragungselementes mit dem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement durch eine „superconducting quantum interference device" (Squid) gebildet ist, wobei diese Squid mit Anschlußmitteln für eine Detektorschaltung versehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der genannten Flußleiter durch die Squid hindurchragt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Anordnung ein Substrat aufweist, auf dem eine erste magnetisch permeable Schicht, die den genannten ersten Flußleiter bildet, und eine zweite magnetisch permeable Schicht, die den genannten zweiten Flußleiter bildet, angebracht sind, wobei sich zwischen diesen permeablen Schichten ein sich bis an die genannte Fläche für magnetische Kopplung erstreckender Übertragungsspalt befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Squid um die zweite magnetisch permeable Schicht herum angebracht ist, wobei sich ein Teil der Squid zwischen den beiden magnetisch permeablen Schichten befindet.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten magnetisch permeablen Schicht und der zweiten magnetisch permeablen Schicht eine Zwischenschicht aus einem supraleitenden Material angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Teil der Squid sich zwischen der Zwischenschicht und der zweiten magnetisch permeablen Schicht befindet.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um einen der genannten Flußleiter eine Wicklung aus einem supraleitenden Material angeordnet ist, die durch einen elektrischen Leiter aus einem supraleitenden Material mit der genannten Squid induktiv gekoppelt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, bei der die Anordnung ein Substrat aufweist, auf dem eine erste magnetisch permeable Schicht, die den genannten ersten Flußleiter bildet, und eine zweite magnetisch permeable Schicht, die den genannten zweiten Flußleiter bili et, angebracht sind, wobei sich zwischen den permeablen Schichten ein sich bis an die genan, .Ie Fläche für magnetische Flußkopplung erstreckender Übertragungsspalt befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung um die zweite magnetisch permeable Schicht angeordnet ist, wobei sich ein Teil der Wicklung zwischen den beiden magnetisch permeablen Schichten befindet.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten magnetisch permeablen Schicht und der zweiten magnetisch permeablen Schicht eine Zwischenschicht aus einem supraleitenden Material angebracht ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der genannte Teil der Wicklung zwischen der Zwischenschicht und der zweiten magnetisch permeablen Schicht befindet.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 7,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat zugleich eine dritte magnetisch permeable Schicht und eine vierte magnetisch permeable Schicht angebracht sind, wobei diese Schichten einen Teil eines Transformatorjoches bilden, wobei der genannte elektrische Leiter um nur eine der genannten Schichten des Transformatorjoches gewickelt ist und wobei die Squid um nur eine der genannten Schichten des Transformatorjoches angebracht ist, wobei ein Teil der Squid sich zwischen den beiden magnetisch permeablen Schichten des Transformatorjoches befindet.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dritten magnetisch permeablen Schicht und der vierten magnetisch permeablen Schicht eine weitere Zwischenschicht aus einem supraleitenden Material angebracht ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Teil der Squid sich zwischen der genannten Zwischenschicht und einer der magnetisch permeablen Schichten des Transformatorjoches befindet.

13. Anordnung nach den Ansprüchen 3,4,7,8,9,10,11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung nach einer Dünnfilmtechnik hergestellt ist.

14. Anordnung nach den Ansprüchen 3,4,7,8,9,10,12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mit einer Schutzschicht aus einem supraleitenden Material versehen ist.

15. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen an sich bekannten Kernkörper aus einem weich-magnetischen Material mit mindestens einem Schutzblock, der mit einer Kontaktfläche versehen ist zum Zusammenarbeiten mit dem magnetischen Aufzeichnungsmedium sowie ein sich von dem Kernkörper bis an die Kontaktfläche erstreckendes an sich bekanntes magnetisches Polelement aus einem weich-magnetischen Material aufwoist, wobei das Polelement einen Teil des genannten ersten Flußleiters bildet und der Kernkörper den genannten zweiten Flußleiter bildet, und daß die Squid um das magnetische Polelement herum angeordnet ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzblock wenigstens teilweise aus einem weich-magnetischen Material besteht, und daß es zwischen dem magnetischen Polteil und dem Schutzblock einen Raum gibt, in dem sich wenigstens ein Teil der Squid befindet.

17. Anordnung nach den Ansprüchen 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Polelement wenigstens teilweise mit einer Schicht aus einem supraleitenden Material bedeckt ist.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der ErKndung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Auslesen von Informationen aus einem magnetischen Aufzeichnungsmedium, wobei diese Anordnung ein Übertragungselement und ein mit diesem Übertragungselement zusammenarbeitendes magnetisches Joch aufweist, das mit einem orsten Flußleiter sowie einem örtlich und räumlich davon getrennten zweiten Flußleiter versehen ist, wobei diese Anordnung weiterhin eine Fläche zur magnetischen Flußkopplung des Ubertragungselementes mit dem magnetischen Aufzeichnungsmedium aufweist. Eine derartige Anordnung ist bekannt aus der US Patentschrift 4.489.357 (PHN 10.048; durch Bezeichnung als hierin aufgenommen betrachtet)

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Anordnungen zum Lesen von Informationen aus einem magnetischen Aufzeichnungsmedium cind allgemein bekannt und ihre Verwendung nimmt infolge neuer magnetischer Aufzeichnungssysteme, insbesondere derjenigen, die mit Computeranwendung, Video-Anwendung und digitaler Audio-Anwendung verbunden sind, noch immer zu. Das Aufzeichnungsmedium kann die Form einer Magnetscheibe, einer Trommel oder eines Bandes oder aber jedes beliebigen Magnetkörpers haben, der imstande ist, Daten mit hoher Dichte zu empfangen und zu speichern. Welches magnetische Medium auch verwendet wird, es ist immer eine Anordnung notwendig, Informationen in dem Medium zu speichern und eine Anordnung, diese Informationen, wenn diese gebraucht werden, auszulesen. Von den genannten Anordnungen wurde eine große Skala entwickelt, wobei die bekannten Anordnungen zum Auslesen von Informationen im Grunde in zwei Typen aufgeteilt werden können, und zwar Anordnungen vom induktiven Typ, wobei die Anordnung mit einem induktiven Element versehen ist, insbesondere mit einer elektrischen Spule, und Anordnungen vom magnetoresistiven Typ, wobei die Anordnung mit einem magnetorosistiven Element versehen ist.

Ein Beispiel vom erstgenannten Typ ist In Form eines induktiven Magnetkopfes zur Senkrechtaufzeichnung in der niederländischen Patentanmeldung Nr.8.303.023 (durch Bezeichnung als hierin aufgenommen betrachtet) und ein Beispiel vom letztgenannten Typ ist in Form eines Dünnfilmlesekopfes in der genannten US-Patentschrift 4.489.357 dargestellt. Der aus der US-Patentschrift 4.489.357 bekannte Dünnfilmmagnetkopf weist ein längliches Magnetowiderstandselement auf, das einen zwischen zwei in einer Ebene liegenden magnetischen permeablen Schichten befindlichen Spalt überbrückt und das an zwei einander gegenüberliegenden Enden mit Kontakten zur Verbindung mit einer Quelle für Meßstrom versehen ist. Es sei bemerkt, daß die Empfindlichkeit induktiver Leseköpfe auf niedrige Frequenzen beschränkt ist, und zwar, weil die Ausgangsspannung an den Spulenenden infolge der Proportionalität der Spannung zu dem zeitlichen Differentialquotienten des sich ändernden Flusses durch die Spule niedrig let. Die Verwendung einer Spule mit einer Vielzahl von Windungen kann dieses Problem nicht lösen, well eine derartige Spule technologisch nahezu nicht verwirklicht werden kann, während außerdem der Widerstand der Spule wesentlich zunehmen und dadurch das thermische Rauschen ein Problem bilden würde. Wie als bekannt vorausgesetzt, liefern magnetoreslstivo Leseköpfe eine Ausgangsspannung, dia zu dem dem magnetoresistiven Element zugfugten Fluß proportional ist. Diese Köpfe zeigen daher eine große Empfindlichkeit bei niederigen Frequenzen. Ein Nachteil dor magnotoreslstiven Losoköpfe ist der geringe magnetische Wirkungsgrad dieser Köpfe infolge des hohen magnetischen Wideretandes, der u.a. durch das dünne magnetoresistive Element verursacht wird. Ein wolterer Nachteil der magnotoroslstlven Losoköpfo Ist, daß diese Köpfe einen höheren Störpegel aufwolsen, und zwar Infolge des Auftretens des sog. Barkhausoneffektos, was u.a. im Zusammenhang steht mit der Interaktion zwischen dem magnetoresistiven Element und den Flußloitorn. Mehr Information läßt sich beispielsweise in dem Artikel „The offect of laminating permalloy flux guides in a thin film magnetic recording hood" von J. A. C. van Ooijon; Europhyslcs Conference Abstracts, soft Magnetic Materials 6,1981, Seite 131, 132 finden.