DE1296672B - Verfahren zum Speichern von Informationen in anisotropen Magnetschichtspeicherzellen - Google Patents

Description

1 2

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein liehen konstante Koerzitivkraft aufweisen, ein Ener-Verfahren zum Einspeichern von Informationen in giestrahl gerichtet wird, der so bemessen ist, daß die anisotrope Magnetschichtspeicherzellen durch selek- in der Schicht durch Einwirkung des Strahles enttive Erwärmung der betreffenden Speicherzellen mit stehende örtliche Erwärmung eine mechanische BeHilfe eines auslenkbaren Energiestrahles. 5 anspruchung verursacht, die eine Drehung der An-Es ist bereits ein Verfahren zum Speichern von isotropie der ausgewählten Speicherzelle zur Folge binären Informationen bekannt, das einen Steuer- hat, und daß wenigstens während der Wirksamkeit baren Energiestrahl zur Informationseinspeicherung des Energiestrahles ein Magnetfeld angelegt wird, in eine anisotrope Magnetschicht benutzt (USA.- dessen Stärke und Richtung so gewählt ist, daß es Patentschrift 3 094 699). Bei diesem Verfahren wird io erst nach Drehung der Anisotropie eine Ummagnetider eine Binärwert dem einen stabilen Zustand der sierung der Schicht bewirken kann. Magnetisierung in Richtung der magnetischen Vor- Eine weitere vorteilhafte Lösung der gleichen Aufzugsachse zugeordnet, während zur Speicherung des gäbe besteht bei Verwendung von Speicherzellen, die anderen Zustandes eine stabile Lage der Magnetisie- mit einer Dispersion der leichten und harten Magnerung in einer Richtung der harten Achse dient. Der 15 tisierungsachsen versehen sind und bei denen der stabile Magnetisierungszustand parallel zur harten eine von zwei binären Speicherzuständen durch Achse kann seine Ursache in einer gegenseitigen Blockierung der Magnetisierungsvektoren entlang der Blockierung der Magnetisierungsvektoren auf Grund harten Achse erfolgt, erfindungsgemäß darin, daß der über die gesamte Speicherschicht leicht streuen- auf Speicherzellen, die aus einem Material mit maden Achsenlagen haben. Vor Beginn einer Einspei- 20 gnetostriktiven Eigenschaften bestehen und über cherung wird an die Schicht ein Magnetfeld parallel den gesamten Temperaturbereich der Einspeichezur harten Achse angelegt, das alle Speicherzellen der rung eine im wesentlichen konstante Koerzitivkraft Speicheranordnung in die stabile Lage entlang dieser aufweisen, ein Energiestrahl gerichtet wird, der so Achse zurückstellt. Daraufhin wird auf diejenigen bemessen ist, daß die in der Schicht durch Einwirder Zellen, in die eine vom Rückstellzustand ab- 25 kung des Strahles entstehende örtliche Erwärmung weichende Information einzuschreiben ist, ein Ener- eine mechanische Beanspruchung verursacht, die giestrahl in Form eines Elektronenstrahles gerichtet, eine Drehung der Anisotropie um einen die maxiwobei die Stärke und die Dauer der Einwirkung die- male Dispersion der magnetischen Achsen übersteises Strahles so bemessen wird, daß die Temperatur genden Winkel zur Folge hat. der ausgewählten Zelle so weit ansteigt, bis ihre 30 Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin-Koerzitivkraft auf einen vorbestimmten Wert ab- dung sind aus den Unteransprüchen zu ersehen, gesunken ist, ohne daß jedoch die magnetischen Nachfolgend werden an Hand von Zeichnungen zwei Eigenschaften der Schicht völlig zerstört worden sind. Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ver-Durch die verminderte Koerzitivkraft wird die stabile fahrens erläutert. Es zeigt

Lage entlang der harten Achse aufgehoben, und die 35 Fig. 1 eine Umschaltcharakteristik einer aniso-

Magnetisierung der ausgewählten Schicht dreht in tropen Magnetschicht, wie sie in Verbindung mit

den gewünschten Speicherzustand entlang der magne- dem erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung

tischen Vorzugsachse ein. findet,

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß für eine Fig.2 eine Umschaltcharakteristik einer aniso-

ausreichende Verminderung der Koerzitivkraft zum 40 tropen Magnetschicht, die eine Speichereigenschaft

Einschreiben von Informationen eine starke Erwär- in Richtung der harten Achse aufweist und sich eben-

mung (bis zu 300° C) der Speicherzelle notwendig falls zur Anwendung gemäß dem erfindungsgemäßen

ist. Dies setzt entweder einen sehr starken Energie- Verfahren eignet,

strahl oder eine relativ lange Einwirkdauer eines ent- F i g. 3 eine schematische Darstellung einer zeilensprechend schwächeren Strahles voraus. Ersteres 45 weisen Informationsaufzeichnung gemäß der Erfinkann neben dem erhöhten Aufwand zur Erzeugung dung und

eines derartigen Strahles eine störende magnetische Fig. 4 eine Einrichtung zur Ausübung des erfin-

Beeinflussung der Speicherzellen durch die vom dungsgemäßen Verfahrens.

Strahl hervorgerufene Feldwirkung zur Folge haben, Für die folgende Erläuterung der Erfindung wer- und das letztere führt zu einer langen Einschreib- 50 den die Eigenschaften von dünnen magnetischen dauer und damit auch zu einer geringen Arbeits- Schichten mit einer Dicke bis zu 1000 Angstrom als geschwindigkeit. bekannt vorausgesetzt. Derartige Schichten können Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, das auf ein Trägermaterial in Anwesenheit eines Magnet-Magnetfeld eines starken Elektronenstrahles zum feldes niedergeschlagen werden, das in einer be-Einschreiben von Informationen in anisotrope Ma- 55 stimmten Richtung parallel zur Oberfläche des gnetschichtspeicherzellen auszunutzen. Trägermaterials gerichtet ist. Diese Richtung ist beAufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Ver- stimmend für die magnetische Vorzugsachse oder fahren der eingangs erläuterten Art anzugeben, das leichte Achse der Schicht. Ein solcher Film ist madie vorerwähnten Nachteile vermeidet, indem es nur gnetisch anisotrop; er kann eine Anzahl bevorzugte eine wesentlich geringere Erwärmung der für einen 60 Magnetisierungsachsen aufweisen oder aber uniaxial Einschreibvorgang ausgewählten Speicherzelle erfor- sein, d. h. nur eine einzige leichte Achse besitzen, derlich macht und daher eine höhere Arbeits- Die Magnetisierung in einer anisotropen dünnen geschwindigkeit bei verhältnismäßig geringer Stärke Schicht kann in einer der zwei möglichen Richtungen des Energiestrahles gestattet. Gemäß der Erfindung entlang der leichten Achse verlaufen. Bei einer uniwird dies dadurch erreicht, daß auf Speicherzellen, 65 axialen Schicht wird die eine dieser beiden Richtundie aus einem Material mit magnetostriktiven Eigen- gen zur Darstellung einer binären Null oder der Zuschaften bestehen und über den gesamten Tempe- stände negativ bzw. schwarz verwendet, während die raturbereich der Einspeicherung eine im wesent- andere Richtung eine binäre Eins oder die Zustände

positiv bzw. weiß darstellt. Durch Umschaltung der Magnetisierungsrichtung in einem diskreten Schichtelement oder in einem kleinen Bereich einer Schicht kann eine Informationsaufzeichnung erfolgen in Form einer selektiven Änderung von Null zu Eins, von Negativ zu Positiv oder von Schwarz zu Weiß.

Der Verlauf der zur Umschaltung notwendigen Magnetisierungskräfte in einer idealen, dünnen, uniaxialen, anisotropen Magnetschicht wird durch die

kann daher die Magnetisierung M₀ nicht in eine

neue leichte Richtung bringen. Wenn jedoch die Richtung des Vektors relativ zur Kurve geändert würde durch Drehung des Magnetfeldes, so würde der Vek-5 tor über die Umschaltschwelle hinauswandern, wie z. B. bei H_n und die Magnetisierung der Schicht würde umgeschaltet werden. Der gleiche Effekt kann durch Drehung der Anisotropie erreicht werden, wie die strichliert gezeichnete Astroidenkurve in Fig. 1

Kurve in Fig. ί veranschaulicht. Die Magnetisie- 10 zeigt, so daß die beiden Achsen an Stelle des FeIdrungskraft, die notwendig ist, die Magnetisierung der vektors verdreht werden und der Vektor des Magne-Schicht aus der leichten Achse in die orthogonal zu tisierungsfeldes in den Bereich außerhalb der Umdieser verlaufende harte Achse zu drehen, wird als schaltschwelle gelangt. Durch dieses Auswandern des Anisotropiefeldstärke H_k bezeichnet. Um daher die Magnetisierungsvektors über die Umschaltschwelle Magnetisierung der Magnetschicht aus der negativen i₅ hinaus wird die Magnetisierung der Schicht in die Richtung parallel zur leichten Achse in die positive entgegengesetzte leichte Richtung gebracht. Auf diese Richtung parallel zur leichten Achse zu drehen, ist Weise wird durch Verdrehen der Anisotropie die ein Ummagnetisierungsfeld notwendig, das die An- Energie des Umschaltmagnetfeldes verringert bzw. isotropiefeldstärke H_k übersteigt. Die Umschaltener- zusätzliche, für das Umschalten der Magnetisierung gie muß somit größer sein als die Anisotropieenergie, 20 benötigte Energie zugeführt.

wobei letztere diejenige Energie ist, die notwendig Die Anisotropie und damit auch die leichte und

ist, die Magnetisierung aus der Vorzugsrichtung in harte Achse können in einer magnetostriktiven die harte Richtung auszulenken. Die Astroidenkurve Schicht durch mechanische Beanspruchung der von F i g. 1 stellt die Umschaltschwelle der Schicht Schicht verdreht werden. Dieses Phänomen ist in dar. Eine Erläuterung der physikalischen Grund- 25 einem Artikel von E. N. Mitchell, G. I. Lykken lagen der Umschaltprozesse in dünnen magnetischen und G. D. Babcock, »Compositional and Angular Schichten wird in einem Artikel von S. Middlehoek, Dependence of the Magnetostriction of Thin Iron- »Static Reversal Processes in Thin Ni-Fe Films« in Nickel Films«, Journal of Applied Physics, Bd. 34, IBM Journal of Research and Development, Bd. 6, Nr. 4, April 1963, S. 715 bis 722, beschrieben. Die Nr. 4, Oktober 1962, S. 394, angegeben. Wenn der 30 Schicht muß eine positive oder negative Magneto-Feldstärkevektor und die Richtung eines Magnetisie- striktion von 10 ~⁶ oder größer aufweisen. Zum Beirungsfeldes innerhalb der Kurve liegt (z. B. wie H₁) spiel weist eine Nickel-Eisen-Schicht mit einem Anergibt sich eine Magnetisierung in der Schicht mit teil von 80,5 bis 81% Nickel im wesentlichen eine einem resultierenden Vektor M₁, und die Magneti- Magnetostriktion Null auf, und in der praktischen sierung kehrt in ihre Ausgangslage M₀ zurück, sobald 35 Anwendung wird der Bereich zwischen 78 und 83 % das Magnetfeld abgeschaltet wird. Nickel und 22 bis 17% Eisen für magnetostriktive

Hat dagegen ein angelegtes Magnetfeld H₁. ein' Anwendungen vermieden. Wenn ein Magnetfeld von solche Amplitude und Richtung, daß sein Vektoi weniger als H_k, aber größer als das Minimum der über die Kurve hinausragt, so wird die Magnetisie- Umschaltschwelle, nämlich ¹ZtH₁₁, an eine magnetorung in die positive Richtung umgeschaltet, wie 40 striktive Schicht angelegt wird und die Anisotropie durch M_r dargestellt, und sie wird die Richtung M₀' wird durch mechanische Beanspruchung der Schicht einnehmen, nachdem das Feld entfernt worden ist. verdreht, kann die Magnetisierung von der einen Die Umschaltung der Magnetisierungsrichtung hat Richtung der leichten Achse in die andere Richtung nicht nur eine Rotation der Magnetisierung durch umgeschaltet werden. Die mechanische Beanspru-Drehung der magnetischen Dipole innerhalb der ver- 45 chung liefert dabei die Energie, die notwendig ist, um schiedenen Schichtbereiche, sondern auch eine Be- den Umschaltprozeß auszuführen,
wegung von Wänden zur Folge, die sich zwischen die- Gemäß vorliegender Erfindung wird die mecha-

sen Bereichen befinden. Diese Wände bewegen sich nische Beanspruchung der Schicht durch Zuführung im Vergleich zu der Geschwindigkeit, mit der das von Wärmeenergie in Form eines Temperaturunterkohärente Drehschalten der magnetischen Dipole ab- 50 schiedes in der Schicht bewirkt, die eine mechanische läuft, relativ langsam. Sie sind praktisch Streifen oder Beanspruchung in der Schicht hervorruft. Wenn im Durchgänge der Magnetisierung, die Übergänge zwi- ausgewählten Aufzeichnungsbereich die Temperatur sehen den Magnetisierungsrichtungen der einzelnen in bezug auf die Umgebungstemperatur in der den Bereiche darstellen, wobei die Magnetisierungsrich- ausgewählten Bereich umgebenden Schicht erhöht tung der Wände von der Magnetisierungsrichtung der 55 oder verringert wird, ergibt sich ein Temperatur-Bereiche abweicht. Wenn die Schwellwertkurve H_c unterschied, der eine mechanische Belastung in dem für Wandbewegungen überschritten wird, werden die ausgewählten Bereich erzeugt, auf Grund der die AnWände veranlaßt, sich zu bewegen oder neu zu orien- isotropie gegenüber dem übrigen Teil der Schicht vertieren, um sich an die Änderungen der Magnetisie- dreht wird. Ein Energiestrahl, wie ein Elektronenrung der einzelnen Bereiche anzupassen. Dieser Vor- 60 strahl oder ein Laserstrahl, der auf den betreffenden gang erfordert eine wesentlich größere Zeit als das Bereich gerichtet wird, liefert die erforderliche Enerkohärente Drehschalten der Dipole. Aus diesem gie zur Erzeugung des Temperaturunterschiedes für Grunde ist das Umschalten durch kohärente Rotation die Ausbildung einer mechanischen Belastung in dieder Dipole wesentlich schneller als das Umschalten sem Bereich. Wenn ein Elektronenstrahl verwendet durch Magnetfelder, die lediglich eine Wandbewe- 65 wird, so ist dessen Energie hinreichend niedrig zu gung hervorrufen. halten, so daß die Schicht lediglich durch Erwärmung

In der Kurve von F i g. 1 liegt der Vektor des Ma- reagiert und nicht durch das Magnetfeld eines dergnetfeldes H' innerhalb der Umschaltschwelle und artigen Strahles beeinflußt wird. Der Strahl erhöht

5 6

die Temperatur lediglich am Orte seines Aufpralles, eines Magnetfeldes geeigneter Richtung erhalten der klein genug ist, einen Temperaturunterschied in werden kann. Das gleiche Resultat kann jedoch erdem ausgewählten Bereich zu erzeugen. reicht werden durch eine Verdrehung der Anisotropie

Gemäß der Erfindung wird somit das Zusammen- als Folge der mechanischen Beanspruchung einer wirken eines Magnetisierungsfeldes und der Drehung 5 magnetostriktiven Schicht. Durch Verwendung eines der Anisotropie einer magnetostriktiven Schicht Elektronenstrahles oder eines Laserstrahles wird ein durch Erzeugung einer mechanischen Beanspruchung Temperaturunterschied im betreffenden Schichtin dieser Schicht ausgenutzt, um eine Umschaltung bereich erzeugt, der zu einer mechanischen Beander Magnetisierung aus einer ersten Richtung entlang spruchung führt, wodurch die Anisotropie über den der leichten Achse in eine andere Richtung der glei- io Blockierungswinkel hinaus verdreht wird und so die chen Achse auszulösen. Die Stärke und Richtung Blockierung der Magnetisierung entlang der harten des Magnetisierungsfeldes reicht für sich nicht aus, Achse aufhebt. Diese Wirkung ist aus F i g. 2 zu erum die Magnetisierung der Schicht umzuschalten. sehen, wo die Magnetisierung M_L nicht länger durch Dieses Feld liefert jedoch einen Teil der Umschalt- die disperdierenden Achsen blockiert ist, nachdem energie, und die mechanische Beanspruchung in der 15 diese Achsen im entgegengesetzten Uhrzeigersinn um Schicht stellt den zum Umschalten notwendigen zu- einen Winkel verdreht worden sind, der größer ist als sätzlichen Energieanteil zur Verfügung. Wie bereits der Dispersionswinkel.

beschrieben wurde, besitzt ein Magnetfeld H', das an Beim Umschalten der Magnetisierung aus der har-

dem zur Aufzeichnung ausgewählten Bereich einer ten Richtung in eine Vorzugsrichtung kann ein kleianisotropen, magnetostriktiven Schicht angelegt 20 nes Vorspannungsfeld entlang der magnetischen Vorwird, eine Stärke, die das Minimum der Umschalt- zugsachse zur gleichen Zeit angelegt werden, wenn schwelle V2 H_fe überschreitet, aber in einer Richtung, die mechanische Beanspruchung in dem zur Aufzeichdaß kein Umschalten der Magnetisierung erfolgt. Ein nung ausgewählten Schichtbereich erzeugt wird. Temperaturunterschied, der in diesem Bereich er- Dieses Vorspannungsfeld ist für sich nicht auszeugt wird, bewirkt eine mechanische Beanspruchung 25 reichend, die Blockierung der Magnetisierung entdes Bereiches, wodurch die Anisotropie verdreht lang der harten Achse aufzuheben. Es stellt jedoch wird, so daß der Vektor des angelegten Magnetisie- eine kohärente Drehung der Dipole in eine gemeinrungsfeldes nun die astroidenförmige Umschalt- same Richtung entlang der leichten Achse sicher,
schwellenkurve überschreitet, was eine Umschaltung Die Vornahme von Informationsaufzeichnungen

der Magnetisierung des ausgewählten Bereiches zur 30 erfordert, daß die Aufzeichnungsbereiche, die diskrete Folge hat, die nach Abklingen des Magnetfeldes und Schichtelemente oder definierte Stellen einer zusamder mechanischen Beanspruchung erhalten bleibt. menhängenden Schicht sein können, selektiv in eine

In F i g. 1 stellt der Vektor H" ein Magnetfeld bestimmte Richtung magnetisiert werden. Im nachdar, das im wesentlichen in Richtung der harten folgend erläuterten Ausführungsbeispiel des erfin-Achse verläuft, aber innerhalb der astroidenförmigen 35 dungsgemäßen Verfahrens bestehen die auszuwäh-Kurve liegt. Wie die strichlierte Astroidenkurve lenden Speicherzellen aus definierten Bereichen in zeigt, gelangt der Vektor dieses Magnetfeldes in den einer dünnen Permalloy-Schicht mit einer Dicke Bereich außerhalb der Schwellwertkurve, wenn die 1000 Angstrom oder weniger, jedoch vorzugsweise leichte Achse durch eine mechanische Beanspruchung nicht weniger als 500 Angstrom. Diese Schicht hat der Schicht im entgegengesetzten Uhrzeigersinn ver- 40 einen Magnetostriktionswert von wenigstens 10~⁶, dreht worden ist, so daß die resultierende Magnetisie- und ihre Koerzitivkraft ist über den Temperaturrung nach Entfernung des Feldes in die positive bereich, in welchem die Anordnung arbeitet, kon-Richtung der leichten Achse eindreht, während sie stant, so daß Veränderungen in der Umgebungsvor Beginn der Operation entlang der negativen temperatur die Magnetisierung nicht beeinflussen.
Richtung dieser Achse verlief. 45 Zur Aufzeichnung wird ein Elektronenstrahl ver-

Es ist ferner möglich, das gleiche Umschaltprinzip wendet, der auf einen kleinen Bereich der Schicht auf Magnetschichtspeicher anzuwenden, die zur konzentrierbar ist und der relativ leicht und mit sehr Binärwertspeicherung den Effekt der Dispersions- hoher Geschwindigkeit gesteuert werden kann. Die blockierung der Magnetisierungsvektoren ausnutzen. Bereiche der Schicht, die als Aufzeichnungselemente Bei den vorausgehend beschriebenen Magnetschich- 50 verwendet werden, sind anfänglich in eine Null- bzw. ten wird die Winkeldispersion der leichten Magneti- negative Magnetisierungsrichtung entlang der magnesierungsachse über den Bereich der zur Speicherung tischen Vorzugsachse durch ein geeignetes Magneteines Bits benutzten Schichtfläche sehr klein gehalten. feld gebracht worden. Um eine Schreiboperation Es ist jedoch möglich, auch Magnetschichten zu ver- durchzuführen, wird ein Magnetfeld angelegt, dessen wenden, die eine aus F i g. 2 ersichtliche Charakte- 55 Stärke größer als V2 H₁, ist. Es kann sich dabei beiristik aufweisen, indem sie eine hohe Winkeldispersion spielsweise um das FeldiT in Fig. 1 handeln. Zuin der Größenordnung von 8° oder darüber besitzen. gleich wird der Elektronenstrahl auf den Aufzeich-Wird an derartige Schichten ein Magnetfeld H_L an- nungsbereich der Schicht gerichtet. Dieser Strahl begelegt, das eine magnetische Sättigung entlang der wirkt bei seinem Auftreffen auf den Aufzeichnungsharten Achse bewirkt, so stellt sich nach Abklingen 60 bereich eine Temperaturerhöhung am Ort des Aufdieses Feldes ein remanenter Magnetisierungszustand pralles innerhalb der Schicht, die in der Größenordin dieser Richtung durch gegenseitige Blockierung nung von 10 bis 20⁰C oberhalb der Umgebungsder Magnetisierungsvektoren ein. Dieser Zustand ist temperatur liegt. Diese Temperatur erzeugt eine durch den Vektor M_L in Fig. 2 dargestellt. Um die mechanische Beanspruchung des ausgewählten Magnetisierung wieder aus der harten Achse heraus- 65 Schichtbereiches, die dessen Anisotropie so verdreht, zudrehen und in eine Richtung entlang der magne- daß die Magnetisierung in die entgegengesetzte bzw. tischen Vorzugsachse zu bringen, ist zusätzliche positive Richtung der leichten Achse verdreht wird. Energie notwendig, die beispielsweise durch Anlegen Der Vorgang der Aufzeichnung durch einen Ab-

taststrahl wird schematisch in F i g. 3 angegeben. Eine Schicht S, die aus einem anisotropen, magnetostriktiven Material besteht, wird durch eine geeignete Energie W abgetastet. Die Magnetschicht besitzt in ihrem Anfangszustand eine remanente Magnetisierung entlang einer Richtung der leichten Achse, die parallel zur Oberfläche der Schicht verläuft, und ist einem Magnetfeld ausgesetzt, das parallel zur Oberfläche der Schicht gerichtet ist und einen Teil der Energie liefert, die zur Umschaltung der Magnetisierung in eine entgegengesetzte Richtung entlang der leichten Achse benötigt wird. Dieses Magnetisierungsfeld kann entweder entgegengesetzt der ursprünglich eingestellten Magnetisierungsrichtung verlaufen, wie in F i g. 1 durch das Feld H' angegeben, oder es kann ein Magnetfeld sein, das eine remanente Magnetisierung in Richtung der harten Achse durch Dispersionsblockierung erzeugt, wie das Feld H_L von Fig. 2.

In beiden Fällen bewirkt der auf die einzelnen Schichtbereiche auftreffende Abtaststrahl eine Erhöhung der Temperatur am Auftreffort und erzeugt so einen Temperaturanstieg im Aufzeichnungsbereich, der wiederum in der beschriebenen Weise zu einer mechanischen Beanspruchung dieses Bereiches führt, wodurch die Anisotropie für das Umschalten der Magnetisierung verdreht wird. Da dieser Strahl sich über die Oberfläche der Magnetschicht bewegt, bewirkt er ein selektives Umschalten derjenigen Magnetschichtbereiche in einen Speicherzustand, der beispielsweise einer binären Eins entsprechen kann oder mit positiv bzw. mit weiß bezeichnet sein kann, welche durch die den Strahl steuernde Information bestimmt werden. Als Ergebnis dieser Operation wird eine Magnetaufzeichnung in der Schicht vorgenommen, die mit einer in schwarzen und weißen Flecken gerasterten Oberfläche vergleichbar ist. Der Strahl kann intermittierend und wahlweise von Punkt zu Punkt bzw. von Bereich zu Bereich der Magnetschicht gesteuert werden oder er kann kontinuierlich über die Schicht bewegt werden, um eine magnetische Aufzeichnungsspur zu erzeugen. Die Energie des Strahles kann der jeweiligen Aufzeichnungsoperation angepaßt werden, indem sie von Bereich zu Bereich oder in Abhängigkeit von der Größe der Aufzeichnungsbereiche bzw. von der Länge der Aufzeichnungsspur verändert wird, so daß eine große Vielfalt der Operationsmöglichkeiten erhalten wird.

Die F i g. 4 zeigt eine Einrichtung, die sich sowohl zur Aufzeichnung als auch zum Lesen in Übereinstimmung mit vorliegender Erfindung eignet. Ein elektronenstrahlerzeugendes Gerät A dient dazu, einen Elektronenstrahl zu erzeugen und zu steuern, der auf eine in einer Trägeranordnung B befestigte Magnetschicht gerichtet ist. Die Leseeinrichtung verwendet den Kerreffekt und umfaßt ein zur Erzeugung eines Laserstrahles geeignetes System C und ein Projektionssystem D mit einem Analysator 18 und einer Fotozelle 20.

Im Schreibteil weist das elektronenstrahlerzeugende Gerät neben dem strahlerzeugenden Teil 1 Fokussierungslinsen 3 und 4, einen elektronischen Schalter 5 und ein Ablenkjoch 6 auf. Es handelt sich dabei um herkömmliche Elemente eines derartigen, für sich bekannten Gerätes. Der Elektronenstrahl wird auf die Schicht 7 gerichtet, die auf einer Trägerplatte 8 aufgebracht ist, welche durch eine Feinverstelleinrichtung 9 justierbar ist. Zwei Sätze Helmholzspulen 10 dienen dazu, die notwendigen Magnetfelder in der Ebene der Schicht 7 zu erzeugen.

Im Leseteil enthält das einen Laserstrahl erzeugende System C einen Laser 12, der einen Laserstrahl aussendet, welcher durch Kollimatorlinsen 13 und einen Polarisator 14 hindurchtritt. Kalkspat-Lichtablenkeinrichtungen 15 beeinflussen die Richtung des Strahles in einer Weise, die von der Signalbelegung der Steuerleitungen 16 abhängt. Der Strahl gelangt

ίο durch die Linse 17 auf die Schicht 7.

Der an der Schicht 7 reflektierte Strahl passiert den Analysator 18 und tritt in eine Fotovervielfacherröhre20 ein, welche Impulse erzeugt entsprechend den Änderungen des polarisierten Strahles. Die PoIarisationsebene dieses Strahles ist abhängig von der Magnetisierung des ausgewählten Bereiches der Schicht 7.

Die Aufzeichnungsbereiche in der Magnetschicht 7 können durch ein geeignetes Magnetfeld in ihre NuIl-

ao position, die der negativen Richtung entlang der leichten Achse entspricht, zurückmagnetisiert werden. Dieses Feld muß die Anisotropiefeldstärke H_k überschreiten und kann bei einer Schicht mit der Charakteristik nach Fig. 1 in die negative Richtung der leichten Achse und bei einer Magnetschicht mit einer Charakteristik nach F i g. 2 in die positive Richtung der harten Achse gerichtet sein.

In einer typischen Ausführungsform, bei der die Information durch selektive Magnetisierung von Bereichen oder Flecken in einer kontinuierlichen Schicht gespeichert wird, dient als Magnetschicht eine anisotrope, uniaxiale, ferromagnetische Schicht, die eine Dicke von 500 Angstrom und eine Magnetostriktion von ΙΟ"⁵ aufweist. Zur Aufzeichnung wird ein Elektronenstrahl niedriger Energie verwendet, der keine magnetische Kopplung mit der Schicht eingeht und der zur Aufzeichnung auf Bereiche in der Größenordnung von 8 μ Durchmesser fokussiert werden kann. Dieser Strahl erhöht die Temperatur am Ort seines Aufpralls in diesen Bereichen oder Flecken um 10 bis 2O⁰C über die Umgebungstemperatur der Schicht und erzeugt die für eine Drehung der Anisotropie zum Zwecke der Aufzeichnung erforderliche mechanische Beanspruchung.

Es wurde gefunden, daß mit einer Strahlspannung von 10 kV eine Verweilzeit von annähernd 30 Nanosekunden ausreicht, um eine Aufzeichnung in einei ausgewählten Schicht vorzunehmen. Rechnungen haben ergeben, daß eine Dichte von 10⁷ Flecken pro Quadratzoll und eine Aufzeichnungsgeschwindigkeit von 10⁷ Flecken pro Sekunde theoretisch erreichbar sein dürfte.

Wie oben beschrieben wurde, sollte die ferromagnetische Schicht sehr dünn, vorzugsweise aber nicht dünner als 500 Ängström sein und magnetostriktive Eigenschaften aufweisen. Wenn bei der Aufzeichnung eine Umschaltung um 180° erfolgen soll (F i g. 1), ist eine niedrige Winkeldispersion erwünscht. Bei einem Betrieb mit dispersionsblockiertei Speicherung entlang der harten Achse ist eine besondere Schicht mit hoher Dispersion zu verwenden. Auch andere Materialien, die eine Anisotropie und ausreichende Magnetostriktion aufweisen, können verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Gadolinium-Eisen-Granat als Schichtmaterial verwendet werden oder auch verschiedene Legierungen von Kobalt, Eisen und Nickel.

Die Oberfläche der Magnetschicht wird zweck-

909523/371

mäßigerweise mit einer Deckschicht aus Silizium-Monoxyd versehen, welche die Magnetschicht schützt und das Auslesen der gespeicherten Informationen mit Hilfe des Kerreffektes in der oben beschriebenen Weise ermöglicht. Bei abgedeckten Schichten dieser Art wird die Deckschicht im Aufzeichnungsbereich durch Auftreffen des Abtaststrahles erhitzt, wodurch eine mechanische Beanspruchung in der Deckschicht entsteht. Diese Beanspruchung wird auf die als Speicherschicht dienende Magnetschicht übertragen, so daß auf diese Weise die Magnetschicht einer mechanischen Beanspruchung zum Zwecke der Auslenkung ihrer Anisotropie ausgesetzt wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einspeichern von Informationen in anisotrope Magnetschichtspeicherzellen durch selektive Erwärmung der betreffenden Speicherzellen mit Hilfe eines auslenkbaren Energiestrahles, dadurch gekennzeichnet, daß auf Speicherzellen, die aus einem Material mit magnetostriktiven Eigenschaften bestehen und über den gesamten Temperaturbereich der Einspeicherung eine im wesentlichen konstante Koerzitivkraft aufweisen, ein Energiestrahl gerichtet wird, der so bemessen ist, daß die in der Schicht durch Einwirkung des Strahles entstehende örtliche Erwärmung eine mechanische Beanspruchung verursacht, die eine Drehung der Anisotropie der ausgewählten Speicherzelle zur Folge hat, und daß wenigstens während der Wirksamkeit des Energiestrahles ein Magnetfeld angelegt wird, dessen Stärke und Richtung so gewählt ist, daß es erst nach Drehung der Anisotropie eine Ummagnetisierung der Schicht bewirken kann.

2. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, mit Speicherzellen, die mit einer Dispersion der leichten und harten Magnetisierungsachsen versehen sind und bei denen der eine von zwei binären Magnetisierungszuständen durch Blokkierung der Magnetisierungsvektoren entlang der harten Achse erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß auf Speicherzellen, die aus einem Material mit magnetostriktiven Eigenschaften bestehen und über den gesamten Temperaturbereich der Einspeicherung eine im wesentlichen konstante Koerzitivkraft aufweisen, ein Energiestrahl gerichtet wird, der so bemessen ist, daß die in der Schicht durch Einwirkung des Strahles entstehende örtliche Erwärmung eine mechanische Beanspruchung verursacht, die eine Drehung der Anisotropie um einen die maximale Dispersion der magnetischen Achsen übersteigenden Winkel zur Folge hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld größer ist als die halbe Anisotropiefeldstärke der Speicherzelle und einen Feldvektor aufweist, der in den Bereich einer der Magnetisierungsrichtung der Speicherzelle vor dem Zeitpunkt der Umschaltung entgegengesetzt gerichtete Spitze der astroidenförmigen Umschaltcharakteristik der Magnetschicht zeigt, so daß er bei Drehung der Anisotropie über die Umschaltcharakteristik-Kurve hinaustritt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während der Wirksamkeit des Energiestrahles ein schwaches Magnetfeld angelegt wird, das wenigstens mit einer Komponente in eine dem anderen Speicherzustand zugeordnete Richtung der leichten Achse zeigt und für sich nicht stark genug ist, den Blokkierungszustand entlang der harten Achse aufzuheben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht mit einer Deckschicht überzogen ist, auf die der Energiestrahl auftrifft und die dadurch örtlich erwärmt wird und die in ihr entstehenden mechanischen Beanspruchungen auf die Speicherschicht überträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherschicht eine homogene Magnetschicht verwendet wird, in der die Speicherzellen durch vom Energiestrahl erfaßbare lokale Bereiche bzw. Flecken definiert sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl ein fokussierter Elektronenstrahl ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl ein Laserstrahl ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen