DE1265314B - Duenne ferromagnetische Schicht mit uniaxialer Anisotropie - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIf

Deutsche KL: 21g-31/02

1265 314
S 75400 VIII c/21 j
22. August 1961
4. April 1968

In dünnen ferromagnetischen Schichten mit uniaxialer Anisotropie, d. h. mit einer sogenannten leichten und einer sogenannten schweren Achse der Magnetisierung des ferromagnetischen Materials, tritt häufig die Aufgabe auf, zur Informationsspeicherung in Neelwänden Blochlinienpaare zu erzeugen, wobei diese Blochlinienpaare als sehr kleine Speicherelemente dienen können. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die nötigen Neelwände in der gewünschten Anordnung hergestellt werden, indem sich die Neelwände an bestimmten Stellen der Schicht ausbilden, wenn an diese Schicht ein äußeres Feld entgegen ihrer in der leichten Achse liegenden Magnetisierungsrichtung angelegt oder ein in einer schweren Richtung liegendes Feld verkleinert wird.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, in ferromagnetischen Schichten dieser Art solche Neelwände an definierten Stellen herzustellen; insbesondere ist das in den Fällen wesentlich, bei denen gemäß einem älteren Vorschlag (deutsches Patent 1164 487) mit inversen dünnen Nickel-Eisen-Schichten gearbeitet wird, deren Wandkoerzitivstärke H_c größer als die Anisotropiefeldstärke H_k ist und in denen zur Informationsspeicherung durch Umklappen der Magnetisierungsrichtung eines Teiles einer in dieser dünnen Schicht verlaufenden Neelwand wenigstens ein Magnetisierungswirbel erzeugt bzw. durch das Zurückklappen eines solchen Teiles der Wirbel zum Verschwinden gebracht wird. In solchen Einrichtungen mit ferromagnetischen Schichten, die in der genannten Weise arbeiten, entsteht nämlich durch Anlegen eines äußeren Feldes an irgendeiner vorher nicht festgelegten Stelle eine Neelwand, die dann zur Informationsspeicherung ausgenutzt werden kann. Es ist jedoch vielfach erwünscht, daß diese Neelwand an ganz bestimmten Stellen der Schicht vorhanden ist und dann teilweise zum Umklappen gebracht wird.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe sieht die Erfindung bei einer ferromagnetischen Schicht mit uniaxialer Anisotropie vor, daß die Schicht aus mehreren aneinandergrenzenden streifenförmigen Teilen mit homogener Anisotropieorientierung besteht, wobei die Anisotropie jedes Streifens parallel zur Anisotropie der übernächsten, aber nicht parallel zur Anisotropie der angrenzenden Streifen orientiert ist. Durch die an sich bekannte Ummagnetisierung zweier benachbarter Schichtteile in Richtung ihrer leichten oder schweren Achsen bildet sich dann in dem Grenzgebiet zwischen den beiden Teilen eine Neelwand aus.

In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, daß Dünne ferromagnetische Schicht
mit uniaxialer Anisotropie

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Ernst Feldtkeller, 8000 München - -

bereits dünne ferromagnetische Schichten mit einachsiger Anisotropie bekanntgeworden sind, wobei die leichte Achse der Magnetisierung im gesamten Schichtbereich etwa parallel zu den wellenlinienförmig ausgerichteten Neelwänden verläuft.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und der Erläuterung der in den Fig. 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung hervor.

Wie bekannt, bildet sich unter dem Einfluß eines Magnetfeldes beim Niederschlagen einer dünnen magnetischen Schicht im Material dieser Schicht, wenn es z. B. aus der bekannten Eisen-Nickel-Legierung besteht, die obengenannte leichte Achse der Magnetisierung aus. Zur Herstellung einer Schicht mit verschiedenen Richtungen der leichten Achse der Magnetisierung in verschiedenen Teilen der Schicht kann daher gemäß der Erfindung beim Niederschlagen der Schicht ein Magnetfeld angewandt werden, das innerhalb der Schichtebene den gewünschten leichten Achsen entsprechend verschiedene Richtungen seiner Feldkomponenten hat. Ein solches Feld wird vorteilhaft dadurch erzeugt, daß (s. Fig. 1) in der Ebene der zu erzeugenden Schicht 1 ein homogenes Hauptmagnetfeld H in der in F i g. 1 gezeigten Richtung erzeugt wird, dem inhomogene Hilfsmagnetfelder mit Komponenten senkrecht zur Richtung des Hauptfeldes// derart überlagert werden, daß die resultierende Feldverteilung der in F i g. 2 gezeigten Feldverteilung entspricht. Diese Hilfsfelder können vorteilhaft dadurch erzeugt werden, daß dicht unter der Schicht 1 ein mäanderförmig gebogener oder auf einem Wickelkörper bifilar gewickelter stromdurchflossener Leiter angeordnet ist (s. den mäanderförmigen Leiter 2 in F i g. 1). Um den Stromleiter 2, der in Richtung des Pfeiles / vom Strom durchflossen wird, bilden sich somit Felder aus, die die in F i g. 1 gezeigten Hilfsfeldrichtungen h haben; das

809 537/456

resultierende Feld H_r in der Schicht, unter dessen Einfluß sich beim Niederschlagen der Schicht 1 die leichten Achsen des Materials der Schicht ausbilden, ist also in den Streifen 11 der F i g. 2 schräg nach rechts oben und in den Streifen 12 der F i g. 2 schräg nach rechts unten gerichtet. Unter dem Einfluß dieser magnetisierenden Feldrichtung der F i g. 2 stellt sich in der fertigen Schicht eine Verteilung der Magnetisierung M gemäß der F i g. 3 ein, durch die die Orts-

der Wirkung eines homogenen Magnetfeldes hergestellt werden, wobei die ungeradzahligen Schichtteile 11 in einem homogenen Feld mit der Feldrichtung a und die geradzahligen Schichtteile 12 in einem homogenen Feld mit der gegenüber α gedrehten Feldrichtung b niedergeschlagen, werden. Eine so hergestellte Schicht hat, ähnlich wie beim zuerst beschriebenen Arbeitsverfahren, eine Magnetisierung entsprechend der Fig. 3. Die Schicht wird dann in

abhängigkeit der leichten Richtung in der Schicht io der an Hand der F i g. 4 und 5 geschilderten Weise bestimmt wird. weiterbehandelt.

Nach Fertigstellung dieser Schicht, die invers oder Es ist jedoch auch möglich, diese weitere Behand-

nicht invers sein kann, wird die Schicht in ein homo- lung durch die Magnetisierung des Feldes H_n zu ergenes Magnetfeld H_n gebracht, das etwa senkrecht sparen und sofort zu einer Schicht mit einerMagnetisiezu dem während der Herstellung verwendeten Haupt- 15 rungsverteilung entsprechend der F i g. 5 zu kommen, magnetfeld H (s. Fi g. 1) gerichtet ist. Dadurch indem (s. F i g. 7) zunächst die Schichtteile 11 mit der dreht sich die Magnetisierung M der F i g. 3 zunächst Feldrichtung c und danach die Schichtteile 12 mit der durchgehend in die Richtung M' dieses Magnetisie- Feldrichtung d niedergeschlagen werden; die so herrungsfeldes H_n (s. Fig. 4) und nach Abschalten gestellte Schicht besitzt dann von vornherein eine desselben aus der RichtungM' weiter in die ihr je- 20 Magnetisierung ähnlich der in Fig. 5. Der wesentweils am nächsten liegende leichte Richtung. Es er- liehe Unterschied zwischen den beiden Ausführungsgibt sich die in F i g. 5 dargestellte Magnetisierung M formen nach F i g. 6 und 7 besteht darin, daß die in der Schicht 1, bei der die Magnetisierungen zweier homogenen Feldrichtungen α und b in Richtung der aneinandergrenzender Schichtteile parallel zur Grenze Begrenzungslinien zwischen den Streifen 11 und 12 der beiden Schichtteile entgegengerichtete Kompo- 25 die gleichen Komponenten haben, während die FeIdnenten besitzen. Zwischen den Schichtteilen 11 und richtungen c und d bezüglich dieser Grenzlinien ent-12, also an den gewünschten Stellen, bilden sich gegengerichtete Komponenten besitzen,
dabei die Neelwände 1' aus, deren Magnetisierung in In dem bisher besprochenen Ausführungsbeispiel

der Wandmitte (s. die kleinen Pfeile an den besaß die Schicht Neelwände, wenn das äußere, etwa Grenzlinien in F i g. 5) nach oben gerichtet ist, also 30 in der schweren Richtung des Materials liegende die Richtung des magnetisierenden Feldes H_n hat. Feld (H_n) genügend verkleinert wurde oder (s. das

Bei der Verkleinerung des Feldes H_n bilden sich also nicht an irgendwelchen Stellen der Schicht Neelwände aus, sondern der Ort der Neelwände ist bereits

durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung der 35 Weise verfahren werden, daß Neelwände erst durch Schicht festgelegt, so daß die Informationsspeiche- Vergrößerung eines äußeren Feldes erzeugt werden,

das in der Nähe derjenigen leichten Richtung aller Schichtteile liegt, die der Magnetisierungseinrichtung in diesen Teilen entgegengesetzt ist. Verwendet man nämlich beim Aufbringen der Schichtteile 11 bzw. 12 nicht die äußeren homogenen Magnetisierungsfelder mit den Richtungen c und d, sondern mit den Richtungen e und /, die nur einen kleinen Winkel zueinander bilden, so liegt die leichte Richtung der so

der h durch einen elektrischen Strom in der in F i g. 1 45 hergestellten, aus den Teilen 11 und 12 gebildeten beschriebenen Weise bereitet Schwierigkeiten, denn Schicht etwa senkrecht zu den Trennlinien der die hierfür notwendigen Ströme sind recht erheblich. Schichtteile 11, 12, da bei der Herstellung dieser Es empfiehlt sich daher in vielen Fällen, statt der Schichtteile die homogenen Magnetisierungsfelder e um den Strom sich ausbildenden Felder h diese Hilfs- bzw. / in der Nähe und beiderseits der Senkrechten felder durch kleine Permanentmagnete zu erzeugen. 5° zu diesen Trennlinien liegen. Legt man nun an diese Statt dessen kann aber auch das Niederschlagen der Schicht ein äußeres Feld in Richtung des Pfeiles 13,

Ausführungsbeispiel der Fig. 7 mit den Feldrichtungen c und d) fehlte. Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 7 kann jedoch auch in der

rung nunmehr nur noch z. B. darin besteht, einen Teil dieser Neelwände 1' (s. Fig. 5) zum Umklappen zu bringen unter Bildung eines Blochlinienpaares. Dieses Blochlinienpaar bleibt nach Abschalten des Magnetisierungsfeldes dann bestehen, so daß die Information mittels dieses Blochlinienpaares gespeichert ist.

Die Erzeugung der inhomogenen Hilfsmagnetfel-

Schicht absatzweise geschehen, wobei jeweils beim Niederschlagen ein starker Stromstoß durch die mäanderförmige Leitung der F i g. 1 geschickt wird. In besonders geschickter Weise läßt sich dies dann durchführen, wenn die Eisen-Nickel-Schicht elektrolytisch niedergeschlagen wird. In diesem Falle braucht man dann also nur die galvanische Spannung, unter deren Einfluß der Niederschlag erfolgt, und den

also etwa in Richtung der Winkelhalbierenden des von den Feldern e und / gebildeten Winkels und diesen Feldern im wesentlichen entgegengesetzt, so drehen sich unter dem Einfluß des Feldes 13 bei steigendem Feld die Magnetisierungsrichtungen in den Schichtteilen 11 bzw. 12 nach links bzw. rechts, und es entsteht auch bei einem derartigen Herstellungsverfahren, jedoch erst bei Erreichen eines genügend

Strom, der durch die Leitung 2 geschickt wird, im- ⁶° starken äußeren Feldes 13, eine Magnetisierungsver-

pulsweise zu unterbrechen, wobei der Strom i in dem teilung in den Schichtteilen 11 und 12, wie sie der

Leiter 2 dem kurzen Impuls entsprechend hoch ge- in F i g. 5 gezeigten Magnetisierungsverteilung etwa

wählt werden kann und dementsprechend starke entspricht.

Hilfsfelder h erzeugt. Bei dem bisher geschilderten Herstellungsverfahren

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ⁶5 wurden die Änderungen der Richtung der leichten

(s. Fig. 6) können die abwechselnden Streifen Achse im Material der Schicht dadurch bewirkt, daß

verschiedener Magnetisierungsrichtung M auch in schon während der Herstellung der Schicht das

zwei getrennten Arbeitsgängen nacheinander unter äußere Feld den in Fig. 2 schematisch gezeigten

Verlauf aufweist, indem dem Hauptfeld H die Hilfsfelder h (s. F i g. 1) überlagert wurden. Statt dessen ist es gemäß der Erfindung auch möglich, zunächst eine in üblicher Weise homogen magnetisierte Schicht herzustellen, die also allein unter dem Einfluß des homogenen Feldes H niedergeschlagen ist und diese Schicht dann nachträglich in einem inhomogenen Magnetfeld so zu tempern, daß die gewünschte Magnetisierungsverteilung, wie sie z. B. in F i g. 3 gezeigt ist, nach Abschluß des Temperverfahrens in der Schicht entstanden ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Dünne ferromagnetische Schicht mit uniaxialer Anisotropie, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus mehreren aneinandergrenzenden streifenförmigen Teilen mit homogener Anisotropieorientierung besteht, wobei die Anisotropie jedes Streifens parallel zur Anisotropie der übernächsten, aber nicht parallel zur Anisotropie der angrenzenden Streifen orientiert ist.

2. Verfahren zur Herstellung einer dünnen magnetischen Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufbringens der Schicht in der Schichtebene ein homogenes Hauptmagnetfeld und etwa senkrecht dazu inhomogene Hilfsmagnetfelder erzeugt werden (Fig. 1).

3. Verfahren zur Herstellung einer dünnen magnetischen Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ungeradzahligen (11) und die geradzahligen Streifen (12) der Schicht in zwei getrennten Arbeitsgängen nacheinander unter der Wirkung eines homogenen Magnetfeldes niedergeschlagen werden, wobei vor dem zweiten Arbeitsgang die Richtung des Magnetfeldes gedreht wird (Fig. 6 und 7).

4. Verfahren zur Herstellung einer dünnen magnetischen Schicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Schicht zunächst unter der Wirkung eines homogenen Magnetfeldes hergestellt und danach in einem inhomogenen Magnetfeld getempert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inhomogenen Magnetfelder durch mäanderförmig (Fig. 1) oder bifilar angeordnete stromdurchflossene Leitungen erzeugt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift für angewandte Physik, XIII. Bd., 1961,

Nr. 2, S. 74 bis 76;

Journal of Applied Physics, Vol. 30, 1959, Nr. 4

Suppl., S. 84 S, 85 S, 264 S, 265 S.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 537/456 3.68 © Bundesdruckerei Berlin