DE1218519B - Magnetischer Duennschichtspeicher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES -%ZnKJ|S PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

GlIc
Deutsche KL: 21 al - 37/06

Nummer: 1218 519

Aktenzeichen: J 24291IX c/21 al

Anmeldetag: 21. August 1963

Auslegetag: 8. Juni 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Dünnschichtspeicher mit einem auf einem nichtmagnetischen Träger aufgebrachten, vorzugsweise streifenförmig ausgebildeten und mindestens eine magnetischen Vorzugsrichtung aufweisenden Magnetschichtelement, in dem eine Anzahl binärer Informationen in Form von durch Domänenwände zwischen Bereichen unterschiedlicher Magnetisierung begrenzte Zellen sowohl statisch speicherbar als auch in unterschiedlichen Richtungen entlang der Streifenachse verschiebbar sind, mit einem Einschreib-Treibleiter und einem Leseleiter, die beide an entgegengesetzten Enden des Magnetschichtelementes, diesem benachbart, angeordnet sind, und mit einer Steuerschaltung zum Verschieben von Informationen.

Es sind bereits Speicheranordnungen mit magnetischen Dünnschicht-Elementen bekannt. Die Anordnungen dienen zur statischen Speicherung von Informationen, indem jedes der Dünnschichtelemente durch einen zugeordneten Magnetisierungszustand einen Binärwert so lange speichert, bis sein Abruf erfolgt. Die Elemente sind auf einem nichtmagnetischen Träger aufgebracht und weisen eine magnetische Vorzugsachse, die sogenannte Achse leichter Magnetisierung, auf. Die in dieser Achse liegende Magnetisierungsrichtung, die durch kohärentes Rotationsschalten der Magnetisierungsvektoren eingestellt oder verändert wird, dient als Speicherkriterium für die Binärwerte. Derartige Speicheranordnungen sind jedoch nicht ohne weiteres als dynamische Umlaufspeicher benutzbar.

Es ist bei magnetischen Dünnschichtspeicheranordnungen auch bekannt, einer homogenen Magnetschicht, in der Informationen in Form von durch Domänenwände getrennte Magnetisierungszellen gespeichert sind, eine Abtastmagnetschicht zuzuordnen, die sich über der Speicherschicht befindet und die in ihrer Dicke gleichförmig gestuft ausgebildet ist. Bei Anlegen eines Magnetfeldes stellt sich in der Abtastmagnetschicht eine Domänenwand ein, die mit zunehmender Stärke des Magnetfeldes über die Schicht wandert und dabei die Zellen der Speicherschicht ummagnetisiert. Hierdurch werden in einer Lesewicklung Impulse erzeugt, welche die ausgelesenen Informationen darstellen. Beim Einschreiben dient ein zusätzliches Inhibiermagnetfeld dazu, entsprechend der zu speichernden Information, eine Ummagnetisierung der Speicherschicht durch die Wandbewegung zuzulassen oder nicht. Auch eine solche Anordnung ist nur zur statischen Informationsspeicherung geeignet.

Es sind ferner magnetostriktive Speicheranordnungen bekannt, die als Umlaufspeicher arbeiten. Ein Magnetischer Dünnschichtspeicher

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:
James Carr Suits, Mt. Kisco, N. Y.;
Arthur Michael Yelon,
Yorktown Heights, N. Y.;
John Endivott Lovell,
Greenwich, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 27. August 1962
(219 585, 219 656)

eingespannter Nickeldraht wird an einem Ende dem Magnetfeld einer Sendespule ausgesetzt, welches entsprechend der zu speichernden Information impulsweise verändert wird. Entsprechend seiner Magnetisierung dehnt sich der Draht aus oder zieht sich zusammen, wodurch im Draht Longitudinälschwingungen induziert werden. Diese erzeugen in einer Empfangsspule, die am anderen Ende den an dieser Stelle vormagnetisierten Draht umgibt, Impulse als Lesesignale. Diese Speicher sind als statische Speicher nicht verwendbar.

Außerdem sind Schieberegisteranordnungen bekanntgeworden, die als Speichermedium eine streifenförmige Magnetschicht aufweisen. Diese Magnetschicht befindet sich in unmittelbarer Nähe von zwei gegeneinander versetzten mäanderförmigen Verschiebesteuerleitungen. Eine an einem Ende der Magnetschicht durch eine Einschreibleitung eingeschriebene Information wird durch wechselweise Taktimpulse auf den Verschiebesteuerleitungen von Mäanderschleife zu Mäanderschleife verschoben. Dies geschieht, indem sich durch den entgegengesetzten Stromfluß in den beiden eine Mäanderschleife bildenden Leiterteilen jeweils einer der beiden Verschiebesteuerleitungen resultierende Magnetfelder einstellen,

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die eine Verschiebung der beiden eine Speicherzelle einstellbar ist und in diesem Zustand die Zuführung begrenzenden Domänenwände bewirken. Bei An- der Schwingungen zum Träger durch synchron belegen eines entsprechenden Impulsprogramms kann tätigte Schalter gleichzeitig abschaltbar ist.
so eine schrittweise Verschiebung der in der Magnet- Nachfolgend sind an Hand von Zeichnungen die schicht gespeicherten Information erzielt werden. Die 5 Erfindung erläuternde Ausführungsbeispiele beEntnahme geschieht durch eine am anderen Ende der schrieben. Es zeigt

Magnetschicht angeordnete Leseleitung. Eine Um- F i g. 1 die schematische Darstellung einer Speicherkehrung des Impulsprogramms gestattet auch die Um- einrichtung, die die Grundlagen der Erfindung zu erkehr der Verschieberichtung. Wird der Ausgang eines läutern gestattet,

derartigen Registers an den Eingang rückgekoppelt, io F i g. 2 eine hypothetische Darstellung der Wir-

so kann es auch als Verzögerungsleitung betrieben kung der mechanischen Schwingungen, denen das

werden. Speicherelement nach F i g. 1 ausgesetzt wird,

Diese Schieberegisteranordnung hat den Nach- F i g. 3 a bis 3 f die Informationsausbreitung im

teil, daß sie komplizierte Steuerleitungsanordnungen Speicherelement nach F i g. 1 bei Verwendung der

hoher Genauigkeit und Einrichtungen zur Erzeugung 15 Darstellungsweise nach Fig. 2,

des erforderlichen-Impulsprogramms benötigt. Ein Fig. 4 ein Speicherelement gemäß der Erfindung

weiterer Nachteil ist in dem Umstand zu sehen, daß und

sie nur eine verhältnismäßig kleine Speicherdichte ge- F i g. 5 a und 5 b eine Darstellung der mechanischen

stattet, da die Speicherzellenbreite für ein Bit durch Schwingungen, wie sie auf das Speicherelement von

die Mäanderschleifenbreite der Verschiebesteuerlei- ao F i g. 4 einwirken.

tungen bestimmt ist. Da die Länge der Anordnung Ein nicht magnetischer Träger 10 (Fig. 1) weist

fertigungstechnisch begrenzt ist, liegt damit auch eine die Eigenschaft auf, sich bei der Einwirkung von

verhältnismäßig schlechte Ausnutzung der allen ge- Longitudinalschwingungen auszudehnen und zusam-

speicherten Informationen gemeinsamen Einschreibe-, menzuziehen und nur eine minimale Dämpfung auf

Lese- und Verschiebesteuermittel vor. Dieser Nachteil 25 diese Schwingungen auszuüben. Er kann vorzugsweise

steht einem sinnnvollen Einsatz als Laufzeitspeicher aus einem Einkristall oder aus geschmolzenem Quarz

hoher Speicherkapazität entgegen. Die Anordnung ist bestehen. An einem Ende ist der Träger 10 mit einem

vielmehr auf die Verwendung als Schieberegister mit elektromechanischen! "Wandler 12 verbunden, der

begrenzter Stellenzahl beschränkt. von einem Schwingungserzeuger (14) gespeist wird

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen ma- 3° und Longitudinalschwingungen auf den rechteckförgnetischen Dünnschichtspeicher zu entwickeln, der migen Träger 10 überträgt. Die Schwingungen durchunter Vermeidung der Nachteile der vorausgehend laufen den Träger in seiner Längsrichtung, die in erläuterten Schieberegisteranordnung sowohl als Fig. 1 als X-Achse definiert ist. Am entgegen-Laufzeitspeicher mit wahlweise veränderbarer Aus- gesetzten Ende des Trägers 10 ist ein schwingungsabbreitungsrichtung und -geschwindigkeit als auch als 35 sorbierendes Glied 16 für die Absorbierung der im statischer Speicher verwendbar ist. Erfindungsgemäß Träger auftretenden Dehnungen oder Schrumpfungen wird dies bei einem Speicher der eingangs beschrie- vorgesehen. An Stelle der Verwendung des Gliedes 16 benen Art im wesentlichen dadurch erreicht, daß der kann der Träger 10 an diesem Ende zugespitzt Träger eine gute Leitfähigkeit für Longitudinal- werden, um den gleichen Effekt zu erreichen. Auf der schwingungen aufweist und mit einem ersten elektro- 4° Oberfläche des Trägers 10 ist eine dünne Magnetmechanischen Schwingungswandler gekoppelt ist, schicht 18 aufgetragen, die eine leichte Magnetisieüber den dem Träger kontinuierliche Schwingungen rungsachse besitzt, welche in Richtung der Querachse zugeführt werden, die im Magnetschichtelement des Trägers 10 verläuft, wie in Fig. 1 durch den durch Magnetostriktion mit der Schwingungsausbrei- Doppelpfeil Y angegeben ist. Die Magnetschicht 18 tung wandernde Zellen mit wechselnder Richtung der 45 kann auf den Träger 10 durch irgendeine bekannte magnetischen Vorzugsachse ausbilden, und daß mit Methode, wie z. B. Vakuumaufdampfung, Kathodendem Träger ein weiterer elektromechanischer Schwin- zerstäubung, Elektroplattierung usw. in Anwesenheit gungswandler gekoppelt ist, dessen Träger dem eines magnetischen Feldes, das die leichte Achse der zugeführten, wahlweise veränderbaren Schwingungen remanenten Magnetflußorientierung erzeugt, aufgedurch Überlagerung mit den vom ersten Wandler zu- 50 tragen werden. Die Magnetschicht besteht aus einer geführten Schwingungen die Ausbreitungsgeschwin- Nickel-Eisen-Legierung mit annähernd 85% Ni und digkeit und/oder -richtung der Zellen verändern oder 15 % Fe oder 75 % Ni und 25 % Fe Gewichtsanteilen, eine Ausbreitung verhindern. Diese bestimmte Komposition an ferromagnetischem

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung Material wurde gewählt, um der Schicht 18 entweder

besteht darin, daß neben der quer zur Ausbreitungs- 55 eine negative Magnetostriktion (85% Ni und

richtung der im Element wirksamen mechanischen 15% Fe) oder eine positive Magnetostriktion (75%

Schwingungen verlaufenden Achse leichter Magneti- Ni und 25% Fe) zu verleihen,

sierung eine zweite leichte Magnetisierungsachse vor- Eine positive Magnetostriktion ist in einem magne-

gesehen ist, die in Ausbreitungsrichtung der im EIe- tischen Material, welches in seiner Längsrichtung me-

ment wirksamen mechanischen Schwingungen liegt. 60 chanischen Dehnungen und Schrumpfungen unter-

Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung wird worfen ist, folgendermaßen definiert: Eine longitudi-

ferner darin gesehen, daß die elektromechanischen nale Dehnung zeigt eine mechanisch induzierte ma-

Schwingungswandler über Schalter mit Schwingungs- gnetische Anisotropie in Richtung der Dehnung, und

erzeugern verbunden sind, von denen einer eine eine longitudinale Schrumpfung zeigt eine mecha-

Phasensteuereinrichtung aufweist, wobei zur sta- 65 nisch induzierte magnetische Anisotropie quer zur

tischen Speicherung der Information die Phasen- Schrumpfungsrichtung. Dementsprechend ist eine

steuerung auf einen Phasenwinkel zwischen den Aus- negative Magnetostriktion dadurch definiert, daß sich

gangssignalen beider Schwingungserzeuger von 180° in einem geeigneten Magnetmaterial bei mechanischer

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Dehnung und Schrumpfung entlang der Longitudinal- Magnetfeld entlang der Längsachse der Schicht 18 achse, im vorliegenden Fall die X-Achse, eine mecha- in Richtung nach rechts erzeugt. Da die induzierte nisch induzierte Schrumpfungsanisotropie in Richtung Longitudinalanisotropie als Folge einer Dehnung der Schrumpfung sowie eine mechanisch induzierte groß genug ist, um eine Orientierung der Magneti-Dehnungsanisotropie quer zur Richtung der Dehnung 5 sierung entlang der X-Achse zu bewirken, stellt das zeigen. Die Anisotropie ist dabei jeweils eine bevor- vom Eingangssignal erzeugte Feld die Magnetisiezugte Magnetisierungsachse. Wird angenommen, daß rungsvektoren der Zelle A in die Richtung nach die Magnetschicht 18 eine positive Magnetostriktion rechts. Dies ist aus Fig. 3a ersichtlich. Die Magnetiaufweist, so wird sich bei einer Schrumpfung des sierungsvektoren der Zonen C und E stimmen dort Trägers 10 die Lage der Schrumpfungsanisotropie io ebenfalls mit der X-Achse der Schicht 18 überein. Sie der Schicht 18 entlang der Y-Achse einstellen und bei besitzen aber Doppelpfeile, womit angedeutet ist, daß Dehnung des Trägers 10 die Lage der Dehnungs- die Magnetisierung dieser Zellen sowohl nach links anisotropie der Schicht 18 entlang der X-Achse aus- als auch nach rechts gerichtet sein kann. Die Zonenß, bilden. Der Träger 10 und daher auch die Schicht 18 D und F sind in ihrer Magnetisierung in Übereinstimwerden zu Dehnungen und Schrumpfungen durch den 15 mung mit der querliegenden Y-Achse der Schicht 18 Schwingungserzeuger 14 über den elektromecha- und im übrigen als Folge des in Querrichtung annischen Wandler 12 angeregt. liegenden Vorspannungsfeldes aufwärts gerichtet. Da

Ein Eingangsleiter 20 und ein Ausgangsleiter 22 sich die in der Schicht 18 wirkende Kraft in Form von

verlaufen über den beiden Enden der Schicht 18 in Schallwellen von einem Ende der Schicht zum

Richtung der Y-Achse. Der Leiter 20 ist mit Infor- 20 anderen Ende ausbreitet, bewegt sich auch die Welle

mationseingabemitteln 24 und der Ausgangsleiter 22 28 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit nach

mit Informationsausgangsmitteln 26 verbunden. rechts. Die F i g. 3 b bis 3f zeigen die Magnetisierung

Die F i g. 2 zeigt die Schicht 18 unterteilt in sechs der verschiedenen Zonen A bis F für jede der folgen-Zonen oder Zellen, die mit A bis F bezeichnet sind. den Halbperioden der Welle 28.
Über die Schicht 18 ist eine Kurve 28 gezeichnet, die as Die Fig. 3b illustriert die Magnetisierung der eine zu einem gegebenen Augenblick im Träger 10 Schicht 18 nach der Wanderung der mechanischen wirksame Longitudinalwelle darstellt. Die Welle ist Schwingung um eine Zone nach rechts. Die Magnetisinusförmig.und ähnlich den im Schwingungserzeuger sierung der Zonen A, C und E ist hier aufwärts ent-14 erzeugten Signalen. Sie besitzt die gegebene Fre- lang der leichten Achse der Schicht 18 gerichtet in quenz/0. Die Welle kann einer Serie von Dehnungen 30 Übereinstimmung mit der mechanisch induzierten und Schrumpfungen in der Schicht 18 gleichgesetzt Schrumpfungsanisotropie und dem in Querrichtung werden, wodurch eine Längsanisotropie in den liegenden Vorspannungsfeld. Die Magnetisierung der Zellen ,4, C und E entlang der X-Achse und eine Zone .B ist nach rechts orientiert entlang der Längs-Queranisotropie in den Zellen B, D und F entlang der achse der Schicht 18 als Folge der induzierten Y-Achse induziert werden. Die Lage der Anisotropie ₃₅ Longitudinalanisotropie durch Dehnung dieses Teiles in den Zellen B, D und F wird durch eine Schrump- sowie durch die in der vorausgehenden Halbwelle in fung erzeugt, sofern die Schicht 18 eine positive Ma- der Zone A stattgefundene Magnetisierung. Die Magnetostriktion aufweist. Zeigt der Film 18 jedoch eine gnetisierung der Zonen D und E verläuft in Richtung negative Magnetostriktion, dann würde eine mecha- der X-Achse der Schicht 18 und ist mit Doppelpfeilen nisch induzierte Schrumpfungsanisotropie entlang der 40 bezeichnet, woraus hervorgeht, daß die Orientierung Längsachse der Schicht entstehen, wie es die Zellen A, dieser Zonen in Abhängigkeit von dem darzustellen- C und E darstellen, während die Lage der induzierten den Binärwert sowohl nach rechts als auch nach links Dehnungsanisotropie quer zur Längsachse des Filmes gerichtet sein kann.

18 liegen würde, wie es in den Zellen B, D und F an- Wird angenommen, daß die Zone A wieder einer

gegeben wird. 45 mechanischen Dehnung ausgesetzt ist, so wird durch

Die durch den Schwingungserzeuger 14 erzeugten die induzierte Longitudinalanisotropie (F i g. 3 c) eine und über den Wandler 12 auf den Träger 10 übertra- Drehung der Magnetisierung in die Lage der X-Achse genen Schwingungen sind so bemessen, daß die indu- bewirkt. Die Eingabemittel 24 erregen den Leiter 20 zierte Dehnungsanisotropie unter der Annahme, daß ' derart, daß er in der Zone A ein nach links gerichteder Film 18 eine positive Magnetostriktion besitzt, für 50 tes Feld erzeugt. Die Magnetisierung der Zone A sich ausreicht, um eine Drehung der Magnetisierung richtet sich dann entlang der X-Achse nach links. Die einer jeden der hypothetischen Zellen in Übereinstim- Magnetisierung der Zonen B, D und F ist zu diesem mung mit der X-Achse zu bewirken. In der Praxis Zeitpunkt entlang der leichten Achse der Schicht 18 wird jedoch die Magnetisierung der Schicht 18 in eine aufwärts gerichtet. Die Magnetisierung der Zone C gegebene Lage, die der leichten Achse der Schicht 18 55 ist nach rechts entlang der X-Achse gerichtet als entspricht, durch Anwendung des magnetischen Erd- Folge der induzierten Dehnungsanisotropie und der feldes oder vorzugsweise durch Verwendung einer magnetischen Voreinstellung der Zone B in der vornicht gezeigten Helmholtz-Spule zurückgestellt. ausgehenden Halbperiode. Wiederum ist die magne-Wie nachstehend ersichtlich wird, dienen die Ein- tische Orientierung der Zone E entlang der X-Achse gangsmittel 24 dazu, entweder positive oder negative 60 eingezeichnet. Dies wird bestimmt durch die indu-Impulse zum Eingangsleiter 20 jeweils dann zu liefern, zierte Dehnungsanisotropie, wobei jedoch gemäß wenn der mit dem Leiter 20 gekoppelte Abschnitt des dem eingezeichneten Doppelpfeil die Magnetisierungs-Filmes 18 eine mechanisch induzierte Längsaniso- richtung dieser Zone sowohl nach rechts als auch tropie zeigt als Folge einer Schrumpfung bzw. einer nach links gerichtet sein kann.
Dehnung. Es wird angenommen, daß zu einer Zeit, 65 Mit der Ausbreitung der mechanischen Schwinwenn der erste Abschnitt der Schicht 18, die Zelle A, gungen in der Schicht 18 nach rechts werden die einer Dehnung unterworfen ist, das Signal aus den Zonen A, C und E (F i g. 3 d) einer induzierten Querr Eingangsmitteln 24 den Leiter 20 so erregt, daß er ein anisotropie unterworfen, die als Folge einer Schrump-

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fung entsteht, während die Zonen B, D und F eine schied zwischen Neel-Wänden und Bloch-Wänden ist induzierte Längsanisotropie erhalten, entsprechend hinreichend bekannt; auf eine ins einzelne gehende einer in diesen Bezirken wirksamen Dehnung. Die Erläuterung wird daher hier verzichtet. Vereinfacht Zonen A, C und E sind in ihrer Magnetisierung auf- ausgedrückt kann man sagen, daß eine Neel-Wand wärts orientiert in Ubereinstimmung mit dem erdma- 5 dann besteht, wenn die Magnetisierungsvektoren zwignetischen Vorspannungsfeld oder dem Magnetfeld sehen benachbarten Magnetisierungsbereichen in der von einemPaarHelmholtz-Spulen. Die Magnetisierung gleichen Ebene gedreht sind, wie beispielsweise die der Zone B ist nach links gerichtet als Folge der Ma- Ebene der Schicht 18. Bei einer Bloch-Wand hingegen gnetisierung der Zone A in der vorausgehenden Halb- rotieren diese Vektoren aus dieser Ebene heraus. In periode, und die Magnetisierung der Zone D ist nach io bezug auf die Ebene der Schicht 18 bedeutet dies, daß rechts gerichtet als Folge der vorausgehenden Magne- die Magnetisierungsvektoren einer Bloch-Wand aus tisierung der Zone C. Die Zonen A, C und E werden der Ebene der Schicht herausgedreht werden in eine daraufhin einer mechanisch induzierten Längsaniso- Richtung, die senkrecht zur Ebene steht, tropie unterworfen als Folge einer Dehnung, während Es ist somit ersichtlich, daß eine binäre Infordie ZonenB, C und F eine mechanisch induzierte i₅ mation in die Speicheranordnung nach Fig. 1 einge-Queranisotropie durch eine Schrumpfung erhalten, geben werden kann, wenn der mit dem Leiter 20 gewie es in F i g. 3 e ersichtlich ist. In der F i g. 3 e wird koppelte Teil des Filmes 18 einer mechanisch induangenommen, daß der Eingangsleiter 20 durch die zierten Längsanisotropie als Folge einer Dehnung bei Einrichtung 24 so erregt wurde, daß er ein nach rechts positiver Magnetostriktion oder einer Schrumpfung ,gerichtetes Längsfeld auf die Zone A ausübt, welches 20 bei negativer Magnetostriktion ausgesetzt wird. Da die Zone A entlang der X-Achse in Richtung nach dieser mit dem Eingangsleiter 20 gekoppelte Teil der rechts magnetisiert. Die Magnetisierung der Zonen B, Schicht 18 einer induzierten Längsanisotropie ausge- D und F ist aufwärts entlang der leichten Achse der _setzt wird, kann bei Erregung des Leiters 20 eine Schicht 18 gerichtet, die Magnetisierung der Zone C Neel-Wand entstehen, welche dann entlang dem ist nach links entlang der Achse X und die Magneti- 25 Träger 10 wandert. Wird ein Abschnitt der Schicht 18 sierung der Zone E ist nach rechts entlang der betrachtet, so ist festzustellen, daß nach Passieren Achse X gerichtet. einer Neel-Wand, wenn der entsprechende Abschnitt Die Fig. 3f zeigt die relative Magnetisierung der einer Schrumpfung ausgesetzt wird und eine positive hypothetischen Zonen A bis F für den durch die Magnetostriktion vorliegt, die induzierte Schrumpnächste Halbperiode bewirkten Schwingungszustand, 30 fungsanisotropie für sich eine Reorientierung der Main welchem die Zonen A, C und E einer mechanisch gnetisierung in diesem Abschnitt entlang der leichten induzierten Längsanisotropie unterworfen sind, wäh- Achse der Schicht (F-Achse) vornimmt. Um sicherrend die Zonen B, D und F eine induzierte Queraniso- zustellen, daß die Magnetisierung in jedem Abschnitt tropie erhalten haben. Wird angenommen, daß der der Schicht 18 sich selbst in die gleiche Richtung ent-Ausgangsleiter 22 über der Zone F liegt, ist ersieht- 35 lang der leichten Achse orientiert, wird die magnelich, daß ein Wechsel im Magnetisierungszustand von tische Schicht derart im erdmagnetischen Feld posidem in F i g. 3 e für die Zone F dargestellten und dem tioniert, daß eine magnetische Vorspannung entlang für die gleiche Zone in Fig. 3f angegebenen abge- der leichten Achse in Aufwärtsrichtung entsteht. Die fühlt wird. Dieser Wechsel besteht aus einer Dehnung gleiche Wirkung kann vorteilhaft erreicht werden, der Magnetisierungsvektoren im Uhrzeigersinn. Es 40 wenn die Anordnung von einer Helmholtz-Spule umist ferner ersichtlich, daß die Ausbreitung der mecha- geben wird, welche das Vorspannungsfeld in Richtung nischen Schwingungen in der Schicht 18 nach F i g. 3 f der Y-Achse liefert.

die Magnetisierung der Zone E in die Zone F über- Eine sehr vorteilhafte Verbesserung der Wirkung

trägt, wobei letztere den bisherigen Magnetisierungs- der beschriebenen Einrichtung kann dadurch erreicht

zustand der Zone D annimmt. Befände sich der Aus- 45 werden, daß die Magnetschicht 18 neben ihrer

gangsleiter22 über der ZoneE, so würde er in diesem leichten Achse in Y-Richtung eine zweite Achse

Falle eine Rotation der Magnetisierungsvektoren im leichter Magnetisierung in X-Richtung erhält,

entgegengesetzten Uhrzeigersinn wahrnehmen. Unter- _ Methoden zur Herstellung dünner Magnetschichten

schiedliche Binärinformation wird somit an unter- mit biaxialer Anisotropie sind bekannt. Dadurch, daß

schiedlicher Polarität der Ausgangssignale im Leiter _5o eine zweite leichte Achse in der Lage der X-Achse

22 erkannt. vorgesehen wird, hat die mechanisch induzierte Ani-

In jeder der F i g. 3 a bis 3 f ist eine Trennungslinie sotropie lediglich ein Drehen der Magnetisierung von

zwischen die verschiedenen Zonen gezeichnet, wobei der einen leichten Achse in die andere leichte Achse

die Magnetisierung von einer Zone differiert von der zu bewirken. Die Amplitude der Longitudinal-

Magnetisierung der benachbarten Zone. Die Tren- 55 schwingungen im Träger 10 kann dadurch ge-

nungslinien werden benutzt zur Kennzeichnung der ringer gehalten werden, so daß die Gefahr der

Existenz einer Domänenwand oder einer magne- Auslösung von schädlichen Fehlschaltungen ver-

tischen Diskontinuität. Obgleich die Magnetisierung mieden wird.

einer jeden Zone A bis F als insgesamt in eine gege- Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3a bis 3f bene Richtung orientiert dargestellt ist, ist es in Wirk- 60 ergibt sich für die Wirkungsweise einer derartigen lichkeit so, daß die Magnetisierung in der Ebene der Ausführungsform folgendes: Es wird angenommen, Schicht 18 von einer Richtung der Orientierung in die daß die Schicht 18 eine positive Magnetostriktion andere Richtung verdreht liegt. Da die magnetische zeigt und daß während der Zeit, in der die Zone A Diskontinuität von Zone zu Zone sich einstellt durch einer Dehnung unterworfen wird, ein Eingangssignal Rotation aus einer gegebenen Richtung zu einer senk- 65 im Leiter 20 auftritt, welches in der Zone A ein mit recht zur Ebene der Schicht stehenden Richtung, der X-Achse übereinstirnmendes und nach rechts genimmt die Diskontinuität die Form einer Neel-Wand richtetes Magnetfeld erzeugt. Dieses Feld besitzt eine im Gegensatz zu einer Bloch-Wand an. Der Unter- Größe, die ausreicht, eine Drehung der Magnetisie-

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rung-der Schicht 18 im Bereich der Zone A von der erzeuger 14' ein Schallsignal einer gegebenen Freeinen leichten Achse, die mit der Y-Achse überein- quenz /0 zum Träger 10' liefert, während der Schwinstimmt, in die andere leichte Achse, die mit der gungserzeuger 34 ein Schallsignal der gleichen Fre-X-Achse übereinstimmt, zu bewirken. Das durch die quenz erzeugt und durch die Steuereinrichtung 38 so Erregung des Leiters 20 erzeugte Magnetfeld be- 5 beeinflußt wird, daß das Steuersignal des Schwinstimmt somit in Koinzidenz mit der induzierten gungserzeugers 34 um einen Phasenwinkel von 90° Longitudinal- oder Dehnungsanisotropie eine der- gegenüber dem Ausgangssignal des Schwingungsartige Magnetiserung des Magnetmaterials der erzeuger« 14' verschoben ist. Die Schwingungsausbrei-Zone A, daß sich die Magnetisierung in dieser Zone tung im Träger 10' ist aus F i g. 5 a ersichtlich, ■von einer Orientierung entlang der Y-Achse auf eine io Der Wellenzug/0, der der Kurve 28 von Fig. 2 Orientierung entlang der X-Achse mit einer Ausrich- gleicht, illustriert das Ausgangssignal des Schwintung nach rechts einstellt. In entsprechender Weise gungserzeugers 14', während ein weiterer, mit/34 befindet einen Drehung der Magnetisierung in umge- zeichneter Wellenzug das vom Schwingungserzeuger kehrter Richtung aus der X-Achse in die Y-Achse 34 zum Träger 10' gelieferte Signal darstellt. Die statt, wenn die betreffende Zone einer Schrump- 15 Summe dieser Schallwellen wird durch einen Wellenfungsanisotropie unterworfen wird. Hierbei bestimmt zug jsi bezeichnet. Die Fig. 5b zeigt den resultiedas die magnetische Vorspannung liefernde Feld die renden Schwingungszug fs 2 im Träger 10', wenn der Ausrichtung der Magnetisierungsvektoren in der Schwingungserzeuger 34 ein Signal/34' liefert, das Y-Achse. 270° oder —90° in seiner Phasenlage gegenüber dem

Die vorausgehend beschriebene Einrichtung hat die ao Signal/0 verschoben ist. Obgleich ein Schwingungs-Funktion einer Verzögerungseinrichtung, in welcher zug aus dem Schwingungserzeuger 34 mit einer eine Information in die Einrichtung eingegeben wird Phasenverschiebung von 180° gegenüber dem Schwin- und nach einem definierten Zeitintervall an ihrem gungszug/0 nicht gezeigt ist, ist es offensichtlich, daß Ausgang wieder verfügbar ist. Bei einer Verwendung sich in diesem Fall die Signale aus den Schwingungsais Informationsspeicher kann die Information in as erzeugern 14' und 34 gegenseitig aufheben würden,
dauerndem Kreislauf in der Einrichtung gehalten Der Schwingungserzeuger 34 wird während des Bewerden durch Ausbildung einer geschlossenen triebes mittels der Steuereinrichtung 38 so gesteuert, Schleife, indem der Ausgangsleiter 22 mit dem Ein- daß er Signale erzeugt, die mit den Signalen des gangsleiter 20 verbunden wird. In einer so gebildeten Schwingungserzeugers 14' außer Phase liegen. Es er-Umlaufspeicherschleife werden die der magnetischen 30 folgt daher entweder eine Addition oder eine SubSchicht 18 innewohnenden Speichereigenschaften traktion der Dehnung oder der Dehnung und nicht ausgenutzt. Es ist vielmehr erforderlich, daß der Schrumpfung eines gegebenen Abschnittes der Schicht Schwingungserzeuger 14 ohne Unterbrechung im Be- 18'. In dem Fall, in dem der Schwingungserzeuger 34 trieb bleibt. ein Signal mit der Frequenz /0 liefert, das um 180°

In F i g. 4 ist eine Einrichtung gemäß der Erfindung 35 gegenüber dem Signal aus dem Generator 14' in der angegeben, die diesen Nachteil vermeidet. Zusätzlich Phase verschoben ist, löschen sich die von beiden zu der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Ein- Enden ausgehend den Träger 10' durchlaufenden richtung sind Mittel vorgesehen, durch welche eine Schwingungen aus, und der Träger 10' ist weder einer Steuerung der Richtung und der Geschwindigkeit der Schrumpfung noch einer Ausdehnung ausgesetzt. Informationsausbreitung in der Schicht 18 sowie eine 40 Unter diesen Bedingungen wird eine Domänenwand Entkopplung der Schicht vom Schwingungserzeuger in der Schicht 18', die in Richtung des Ausgangs-14 vorgenommen werden kann, so daß es möglich leiters 22' zu verschieben ist, bei Anlegen der Signale wird, die Information auch remanent in der Schicht aus dem Schwingungserzeuger 34 in einem gegebenen 18 zu speichern. In der F i g. 4 wird die Numerierung Abschnitt der Schicht 18' permanent stillgesetzt. Aus der bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen 45 den Fig. 5a und 5b ist ferner zu ersehen, daß im Teile beibehalten. Lediglich ein Strich dient zur Unter- einen Fall die Dehnungsbereiche des Schwingungsscheidung von den neuzugefügten Teilen. Der elek- zuges/0 beschleunigt werden (Schwingungszug/si), tromechanische Wandler 12' ist mit dem Schwin- während im anderen Fall die Dehnungsbereiche des gungserzeuger 14'durch einen Schalter 30 verbunden. Schwingungszuges/0 in eine entgegengesetzte Rich-Am entgegengesetzten Ende des Träger 10' ist an 5° tung wandern (Schwingungszug fs 2). Daraus ergibt Stelle des absorbierenden Teiles 16 von F i g. 1 ein sich, daß durch Steuerung der Phasenlage der dem weiterer elektromechanischer Wandler 32 vorgesehen, Träger 10' vom Generator 34 zugeführten Schwinder mit einem Schwingungserzeuger 34 über einen gungen in bezug auf die vom Schwingungserzeuger Schalter 36 verbunden ist. Der Schwingungserzeuger 14' erzeugten Schwingungen eine Domänenwand, die 34 ist so ausgebildet, daß seine Signale mit den Si- 55 sich in der Schicht 18 ausgebildet hat, mit einer gegnalen aus dem Schwingungserzeuger 14' überein- wünschten Fortbewegungsgeschwindigkeit in Richstimmen. Zum Unterschied von diesem ist der Schwin- tung des Leiters 22' ausbreiten kann, des weiteren gungserzeuger 34 jedoch mit einer Steuereinrichtung entkoppelt bzw. stillgesetzt werden kann und schließ-38 gekoppelt zur Veränderung der Phasenlage seiner lieh auch die Richtung der Ausbreitung bzw. Bewe-Ausgangssignale in bezug auf das vom Schwingungs- 60 gung umgekehrt und die Fortpflanzungsgeschwindigerzeuger 14' gelieferte Ausgangssignal. Zur Erläute- keit in der umgekehrten Richtung verändert werden rung der Wirkungsweise dieser Anordnung wird an- kann.

genommen, daß sich der Schalter 30 in geschlossenem Obgleich eine Domänenwand in der Schicht 18' Zustand befindet, so daß der Schwingungserzeuger durch die erläuterte Phasensteuerung entkoppelt 14' mit dem Wandler 12' verbunden ist, und daß zu- 65 werden kann und dadurch die Notwendigkeit, eine gegleich der Schalter 36 geschlossen ist und den Schwin- schlossene Schleife zur Speicherung einer Information gungserzeuger 34 mit dem Wandler 32 verbindet. Des herzustellen, vermieden wird, ist es hier noch immer weiteren wird angenommen, daß der Schwingungs- erforderlich, daß beide Schwingungserzeuger 14' und

34' kontinuierlich Energie an die Einrichtung liefern. Wenn es gewünscht wird, kann die Information in Form von Domänenwänden remanent in der Schicht 18' gespeichert werden, indem gleichzeitig beide Schalter 3Q und 36 zur Unterbrechung der Verbindüngen zwischen dem Schwingungsgenerator 14' und dem Wandler 12' sowie dem Schwingungsgenerator 34 und dem Wandler 32 geöffnet werden. Die Sehalter 30 und 36 werden nur betätigt, nachdem die Domänenwand oder die Domänenwände in der Schicht 18' von den im Träger 10' wirksamen Schwingungen entkoppelt durch die Steuerung der Phasenlage zwischen den zugeführten Signalen auf 180° wurden. Durch Abschaltung der Schwingungserzeuger 14' und 34 zu einem Zeitpunkt, in dem die Domänenwände bereits νο,η den mechanischen Schwingungen entkoppelt sind, wird die Information gleichbleibend in der Schicht 18' gespeichert.

Nachstehend sind einige Angaben über die voraus^ gehend erläuterte Einrichtung gemacht, ohne damit jedoch den Erfindungsgegenstand auf diese Angaben zu beschränken. Der Träger 10' in Fig.4 ist aus einem geschmolzenen oder einkristallinen Quarz in Längsrichtung geschnitten, und die Wandler 12' und 32 können aus in Diekenriehtung polarisierten Blei^ ?s Srkenat-Titanit bestehen, Die Dicken der Wandler 12^? und 32 wird, bestimmt durch die gewünschte SshalJfreguenzjfQ. Für eine Frequenz./ö ven einem Megahertz kann die Diske 0,082 Zoll betragen. Die vgn den Sehwingungserzeugern 14^? und 3A'm d§n 3g Wandlern 12' und 32 gelieferte Spannung kann dabei annähernd ±50 VpIt sein. Das. Eängabefeld,. welches bei Erregung des Leiters 2.0' tech die Eingabemittel 24/ auf die Schicht 18/ ausgeübt wird, kann 1,0. Oersteds, und eier Widerstand des. Leiters, 20' kann bei der verwendeten Frequenz 5 Ohm betragen. Die Impulslänge des Erregungsstromes. im Leiter 2.0' ist dabei annähernd 10 bis 30 Nanosekunden für eine Frequenz jfO von einem Megahertz und 3 bis. 10 Nanor Sekunden für- eine. Frequenz fQ bei IQ Megahertz, Wenn gew.ünsght_? kann entweder das erdmagnetische Feld Oder ein ¥QB einer Helmhöltz-§pule, erzeugtes Vgrspannungsfeld von annähernd Q₁I bis 0,3 Qergtedt in, Richtung der Y-Achse, angelegt werfen. Bei Benutzung §jnes Einschreibfeldes vp.n weniger als 1,0 Oersted entfällt die Notwendigkeit eines Vorspannungsfeldes.

Claims (12)

Patentansprüche: SP

1. Magnetischer Dünnschichtspeicher mit einem auf einem nichtmagnetischen Träger aufgebracht ten, vorzugsweise streifenförmig ausgebildeten und mindestens eine magnetische Vorzugsrichtung aufweisenden Magnetsehichtelement, in dem eine. Anzahl binärer Informationen in Form von durch Domänenwände zwischen Bereichen unterschiedlicher Magnetisierung begrenzte Zellen sowohl statisch speieherbar als auch in unterschiedlichen Richtungen entlang der Streifenachse verschiebbar sind, mit einem EinschreibrTreibleiter und einem Leseleiter, die beide an entgegengesetzten Enden des' Magnetsehichtelementes, diesem benachbart, angeordnet sind, und mit einer Steuerschaltung zum Verschieben der Informationen, d a 411 rc h g e k g η η ζ e i Q h η et, daß der Träger (10') eine gute Leitfähigkeit für Longitudinal Schwingungen aufweist und mit einem ersten elektromechanischen Schwingungswandler (12') gekoppelt ist, über den dem Träger kontinuierliche Schwingungen zugeführt werden, 4ie im Magnetschiehtelement durch Magnetostriktion mit der Schwingungsausbreitung wandernde Zellen mit wechselnder Richtung der magnetischen Vorzugs,-achse ausbilden, und daß mit d§m Träger (10') ein weiterer elektromechanischer Sehwjngungswandler (32) gekpppelt ist, dessen dem Träger zut geführte, wahlweise veränderbare Schwingungen, durch Überlagerung mit den vo.m ersten Wandler zugeführten Schwingungen die Aysbreitungsgeschwindigkeit und/oder -richtung der Zellen ygrändern ßder eine Ausbreitung verhindern.

2. Speieher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eiste elektremeehanische. Sehwingungswandler an einem Ende des Trägers angeordnet ist, während sich der zweite e.lektromechanische Sehwingungswandler am entgegen gegeigten Ißde des Trägers befindet.

3. Speieher naeh einem 4er Ansprüche 1 und 2_t dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als Grundriß ein langgezogenes Rechteck bildet, dessen Längsachse mit d§r des Magnetsehiehtelementes übereinstiramt und. an dessen Sehmalseiten sieh die glektrorneghanisehen Schwingungs^ wandler- benndea·

4. Speieher naeh. einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das, Speieherelement aus einem Material mit negativer Magnetostriktion mit annähernd 85⁰/&Ni- und 15 ?/o Fe-Anteilen besteht,

5. Speieher nach ein§ni der Ansprüche 1 bi? 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement aus einem Material mit positiver Magnetostriktion mit annähernd 75 ^e/ot Ni- und 259/eFe^Anteilen besteht,

6. Speieher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß neben der quer zur Ausbreitungsriehtung der im Element wirksamen mechanischen Schwingungen verlaufenden Achse leichter Magnetisierung eine, zweite leichte Magnetisierungsachse vorgesehen ist, die in Ausbreitungsriehtung der im Element wirksamen mechanischen Schwingungen Hegt.

7. Speieher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß, der Einschreibleiter ein Magnetfeld in Richtung der Längsachse des Elementes zu erzeugen in der Lage ist und jeweils dann in der 4ern zu speichernd.en Binärwert entsprechenden Polarität erregt wird, wenn durch eine Reihe von- einer- Schwingung verursachten Dehnung bzw. Schrumpfung die Magnetisierung der am Qrt 4es Einsehreibleiters befindlichen Zelle mit der Längsachse des, Elementes in Übe> einstimmung gebracht wurde,

S. Speicher naeh einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spulenanordnung oder- ein Permanentmagnet vorgesehen ist, die bzw, der ein quer zur Längsachse des-Elementes gerichtetes, in der Elementenebene liegendes Vormagnetisierungsf eld · erzeugt, um alle Zellen mit: quer ζην Längsrichtung verlaufen-^ den Vorzugsachsen in der gleichen Magnetisierungsrichtung ?U halten.' ■

9; Speicher nach Anspruch 8, dadurch •gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Vormagnetisierungsf el'des eine Hehnholtz-Spule dient.

10. Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanischen Schwingungswandler über Schalter mit Schwingungserzeugern verbunden sind, von denen einer eine Phasensteuereinrichtung aufweist.

11. Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur statischen Speicherung der Information die Phasensteuerung auf einen Phasenwinkel zwischen den Ausgangssignalen beider Schwingungserzeuger von 180° einstellbar ist.

12. Speicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Phasenwinkel von

IO

180° zwischen den Frequenzen beider Schwingungserzeuger die Zuführung der Schwingungen zum Träger durch synchron betätigte Schalter (30,36) gleichzeitig abschaltbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

USA.-Patentschrift Nr. 2 984 826;

»IRE Transaction on Elektric Computers«, September 1960, S. 321 bis 323;

»Instruments & Control Systems«, März 1962, S. 128.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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