DE1549135A1 - Magnetischer Speicher - Google Patents

Description

WESTERN ELECTRIC COMPANY Incorporated P.C. Michaelis

New York, N.J., 10007, USA

Magnetischer Speicher

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Speicher mit einem Dünnfilm aus anisotropem magnetischem Material, das in der Ebene des Füms. Achsen leichter bzw. schwieriger Magnetisierung aufweist.

Schieberegister sind im Grunde Vorrichtungen, die Information längs einer einzigen Ac&se oder Dimension eines Ausbreitungsmediums übertragen. Schieberegister sind allgemein übliche Bauelemente datenverarbeitender Systeme. Derartige Bauelemente sind dafür bekannt, ein Instrumentarium zu bilden, mit dessen Hilfe Information längs einer Achse steuerbar zu einer Ausgangsstellung verschoben werden kann, in welcher sie dann festgestellt werden kann.

Obgleich Schieberegister in der Datenverarbeitung gang und gebe sind, ist ihr Verwendungszweck deswegen beschränkt, weil ohne beträchtlichen Aufwand von solchen Bauelementen nicht mehrere

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Ausgänge im sogenannten Parallelbetrieb abgenommen werden können. Folglich erschöpft sich der Anwendungsbereich des Schieberegisters hauptsächlich in den Operationen Eingabe in Serien- oder Parallelbetrieb - Ausgabe im Serienbetrieb. Dies ist ersichtlich ein vergleichsweise begrenzter Anwendungsbereich,

Das wünschenswerte Ziel eines zweidimensionalen Betriebs wird bei magnetisch anistropen Film weiter kompliziert, und zwar wegen der Schwierigkeiten bei der Ausbreitung in der Richtung schwieriger Magnetisierung. Das Problem, einen billigen, nichts destoweniger aber praktikablen magnetischen Speicher zu schaffen, bei dem ein magnetisch anisotropes Material mit Achsen leichter bzw. schwieriger Magnetisierung in der Ebene des Films vorgesehen ist und bei dem eine einwandige Magnetdomäne in dem Film, gesteuert ausbreitbar ist, ist durch die Erfindung dadurch gelöst worden, daß der Speicher eine Schaltung zum Bilden einer einwandigen Magnetdomäne aufweist, deren Geometrie von der des Films unabhängig ist, sowie eine Ausbreitungsschaltung zum selektiven Bewegen der Domäne längs der Achse schwieriger Magnetisierung.

Zu Erläute rungs zwecken sei zunächst ein einfaches bekanntes Schieberegister, beispielsweise ein Magnetdomänenwand-Schiebe-

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register als Ausgangspunkt betrachtet. Ein derartiges Schieberegister weist einen magnetisch anisotropen Dünnfilm auf, beispielsweise einen Permalloy-Film, wobei an einer Eingangs stelle desselben "umgekehrte (umgekehrt magnetisierte) Domänen" für eine nachfolgende Verschiebung zu einer entfernt gelegenen Ausgangssteile erzeugt werden, wo sie dann festgestellt werden. Der Film wird üblicherweise vorbereitet durch eine Magnetisierung in einer ersten Richtung und die umgekehrte Domäne ist durch denjenigen Teil des Films definiert, in welchem die Magnetisierung in eine zweite Richtung umgekehrt ist. Die Filme sind anisotrop und die Ausbreitung erfolgt entweder längs der Achse schwieriger Magnetisierung oder der Achse leichter Magnetisierung (im folgenden kurz schwierige bzw. leichte Achse gen nannt) des Films. Jedoch unabhängig von der Richtung der Aus_r breitung sind die voreilende und nachlaufende Domänenwand, die die umgekehrte Domäne begrenzen durch die Kante des Films künstlich begrenzt. Diese künstliche Begrenzung des Films ist wichtig, weil, wenn die Domänenwände von der Filmkante in einer Dimension begrenzt sind, das Schieberegister auf einen Betrieb längs einer einzigen in der anderen Dimension orientierten Achse beschränkt ist.

Es ist auch bekannt, daß eine umgekehrte Domäne durch eine einzige Domänenwand begrenzt sein kann. Eine derartige Domäne

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unterscheidet sich von der sich in dem vorstehend erwähnten Domänenwand-Schieberegister ausbreitenden Domäne speziell dadurch, daß die einzige, die Domäne umgebende Wand, eine Geometrie besitzt, die von der des Wirtsfilms unabhängig ist.

Es wurde gefunden, daß derartig einwandige Domänen steuerbar gebildet und sowohl längs der schwierigen als auch der leichten Achse in einem anisotropen Film ausgebreitet werden können, wodurch der oben erwähnte zweidimensionale Betrieb ermöglicht wird. Im einzelnen beruht die Erfindung auf der Entdeckung, daß eine einwandige Domäne in einem magnetisch anisotropen Dünnfilm erzeugt und in eine Richtung dessen schwieriger Achse nach Art eines Schieberegisterbetriebs steuerbar bewegt werden kann. Die Erfindung macht ferner von der Erkenntnis Gebrauch, daß eine solche Art gesteuerte Bewegung einwandiger Domänen in einer Richtung längs der schwierigen Achse vollständig compatibl mit der Schaffung von Weiterstufungs-Ausbreitungsfeldern ist, die eine Bewegung umgekehrter Domänen in eine Richtung längs der leichten Achse bewirken. Eine einwandige Domäne kann als eine umgekehrt magnetisierte Domäne definiert werden, welche durch eine einzige Domänemvand begrenzt ist, deren Form ihrerseits unabhängig von den Begrenzungen des Wirtsfilms ist und sich bei einer Verringerung der Größe praktisch nicht ändert.

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Eine neue Informationsausbreitungsanordnung zu schaffen, ist· daher ein Erfindungsziel.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung^beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Schieberegisterkanals nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Impuls diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 bis 6 schematische Darstellungen eines Teils der Anordnung nach Fig. 1, die die Magnetisierungs-zustände während des Betriebs wiedergeben;

Fig. 7, 10 und 11 schematische Darstellungen eines weiteren, beispielhaften zweidimensionalen Schieberegisters nach der Erfindung und

Fig. 8 und 9 Impuls diagramme zur Erläuterung des

Betriebs des zweidimensionalen Schieberegisters nach Fig. 7.

« Das vorstehend erwähnte Erfindungsziel ist bei einer Ausführung dadurch realisiert, daß eine einwandige Domäne in eine Eingangsstelle eines magnetisch anisotropen dünnen Films erzeugt wird. Eine Mehrzahl im Abstand voneinander liegender haarnadelartig geformter Leiter, von denen jeder in einer Richtung längs der schwierigen Achse des Films orientiert ist, sind dafür vorgesehen,

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auf ein Pulsen hin Ausbreitungsfelder in der leichten Richtung zu erzeugen. Außerdem sind eine Mehrzahl in Richtung der leichten Achse orientierter Spulen vorgesehen, um Erregungsfelder in der harten Richtung zu erzeugen. Schließlich sind eine Mehrzahl vielphasiger Ausbreitungsbänder vorgesehen, die je in Richtung der schwierigen Achse orientiert sind. Eine einwandige Domäne wird längs der schwierigen Achse durch Bipolarimpulse auf einem ausgewählten Haarnadelleiter steuerbar ausgebreitet; wo die Ausbreitung durch ein Feld in harter Richtung ermöglicht ist, das seinerseits um eine ausgewählte Spule erzeugt wird. Eine einwandige Domäne wird in Richtung der leichten Achse durch mehrphasiges Pulsen ausgewählter Ausbreitungsbänder ausgebreitet.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 entsprechend einem Gesichtspunkt der Erfindung ausgelegten Schieberegisterkanal 10. Der Kanal 10 weist einen elektrisch nicht leitenden Magnetfilm 11 auf, sowie einen elektrisch leitenden Film 12, der auf einer geeignet isolierenden Unterlage 13, z.B. einer Glasunterlage, niedergeschlagen ist. Der leitende Film 12, der zweckmäßig ein Kupferfilm ist, liegt zwischen einer Spannungsquelle B,(z. B«)einer Batterie, und Erde derart, daß parallelverlaufende Stromlinien im Film 12 erzeugt werden. Ein Haarnadelleiter 14 verläuft oberhalb des Films

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11 und liegt zwischen einer Bipolarimpulsquelle 16 und Erde. Der Leiter 14 ist in einer Richtung längs der schwierigen Achse orientiert, er erzeugt deshalb, auf sein Pulsen hin, Felder in der leichten Richtung. Der leitende Film 12 liegt so in der Schaltung, um ein Feld in der schwierigen Richtung im Film 11»*« erzeugen, dies ist aus der Figur ohne weiteres ersichtlich. Die schwierige und die leichte Achse des Films 11 sind durch die Doppelpfeile h bzw. e dargestellt.

Ein Domänenerzeugungsleiter 17 ist an den Film 11 bei einer Eingangsstelle angekoppelt, die zu Erläute rungs zwecken auch mit dem Leiter 14 gekoppejt ist. Der Leiter 17 liegt zwischen einer Eingangsimpulsquelle 18 und Erde. Ein Abtastleiter 20 ist an den Film 11 an einer Aus gangs stelle angekoppelt, an die auch der Leiter 14 angekoppelt ist. Der Leiter 20 liegt zwischen dem Verbraucher 21 und Erde.

Die Quellen Iß und 18 sowie der Verbraucher 21 sind mit einer Steuerung 22 über Leiter 23, 24 bzw, 25 verbunden. Die verschiedenen Quellen und Schaltungen können irgendwelche Elemente sein, die in der Lage sind, die ihnen hier zugedachte Funktionen auszuführen.

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Die Wirkungsweise des Schieberegisterskanals 10 der Fig. 1 ist einfach, wie dies aus einem Blick auf das Impuls diagramm nach Fig. 2 ersichtlich ist. Im einzelnen erzeugt der durch den leitenden Film 12 der Fig. 1 gehende Strom ein Vorspannfeld, das längs der schwierigen Achse von der Eingangs- zur Ausgangsstelle im Magnetfeld 11 gerichtet ist. Dies ist iri Fig. 2 durch den Impuls PB dargestellt, der zum Zeitpunkt ti auftritt. Zum Zeitpunkt t2 in Fig. 2 wird ein Impuls Pl7 auf dem Leiter 17 über die Eingangs klemme 18 und unter der Steuerung der Einheit 22 erzeugt. Bipolarimpuls(e) + P14 (und hiermit alternierend -P14) wird (werden) gleichzeitig auf dem Leiter 14 über die Bipolarimpulsquelle 16 ebenso unter der Steuerung der Einheit 22 erzeugt. Ansprechend hierauf entsteht eine einwandige Domäne an der Eingangsstelle und wird schrittweise zur Aus gangs stelle hin ausgebreitet. Zu einem späteren Zeitpunkt t3, der von Frequenz und Amplitude der Bipolarimpulse auf dem. Leiter 14 sowie durch das in der schwierigen Richtung herrschende Vorspannfeld bestimmt ist (vergleiche im einzelnen weiter unten) wird ein Aus gangs impuls P20 dem Abtastleiter 20 induziert, wenn die Domäne an dieser Stelle vorbeiläuft. Dieser Aus gangs impuls dient zur Feststellung durch den Verbraucher 21 under der Steuerung der Einheit 22. Zweckmäßig wird ein löschendes Vorspannfeld M im Film 11 erzeugt, um die einmal abgetasteten einwandigen Domänen zu löschen. Eine derartige Vorspannung wird durch bekannte, nicht dargestellte !Mittel erzeugt.

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Die Gegenwart und das Fehlen eines Impuls auf dem Leiter 17 bestimmen.ob eine einwandige Domäne in der Eingangs stelle erzeugt wird oder nicht. Daher kann die Gegenwart oder das Fehlen einer derartigen Domäne als eine binäre 1 bzw. eine binäre 0 darstellend^ betrachtet werden* Ein Eingang entspricht in zeitlicher Hinsicht zweckmäßig einem positiven Impuls der Bipolaren Ausbreitungsimpulsfolge,, die dem Leiter 14 zugeführt werden. Der Impuls auf dem Leiter 17 kann sogar in seiner Amplitude so reduziert werden, daß· die Gegenwart eines positiven Impulses auf dem Leiter 14 zur Domänenbildung notwendig ist. Jedoch unabhängig von diesen Erwägungen liegen benachbarte Bitstellen im Film 11 um zumindest diejenige Entfernung auseinander, welche eine einwandige Domäne bei einem Wechsel der Impulse auf dem Leiter 14 durchquert. Ein repräsentatives gespeichertes Kodewort 1101 erscheint dann, wie dies in Fig. 3, von rechts nach links gelesen, dargestellt ist. Hierbei ist angenommen, daß die Magnetisierung des Films anfänglich in einer längs der leichten Achse verlaufenden Richtung liegt, wie diese durch einen nach abwärts gerichteten Pfeil dargestellt ist. Die einwandige Domäne ist dann durch ein Oval dargestellt, in das ein nach oben gerichteter Pfeil gezeichnet ist. Das Kodewort liefert also Impuls, Impuls, Null und Impuls in aufeinanderfolgenden Zeitlagen, wenn aufeinanderfolgende Bit den Leiter zur Feststellung durch den Verbraucher 21 passieren.

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Der Mechanismus zum Bewegen einer einwandigen Domäne in einer längs der schwierigen Achse eines anisotropen Dünnfilms verlaufenden Richtung, der erfindungsgemäß ausgenutzt wird, ist noch nicht vollständig verständlich. Dem beobachteten Betrieb jedoch wird im Zusammenhang mit den Figuren 4, 5 und 6 Rechnung getragen.

Fig. 4 zeigt (vergrößert) eine einwandige Domäne D an einer Eingangssteile in einem Film, z.B. im Film 11 der Fig. 1. Den Film der Fig. 4 kann man sich als Ansicht von unten des Films der Fig. 1 vorstellen. Der dem Leiter 14 der Fig. 1 entsprechende Leiter würde dann als vom Film teilweise verdeckt gesehen werden. Die Magnetisierung des Films verläuft in einer ersten leichten Richtung, wie dies durch den nach links gerichteten Pfeil Ml in der Figur dargestellt ist. Sie verläuft entgegen der Magnetisierung der Domäne D, die in einer zweiten leichten Richtung verläuft, wie dies durch den nach rechts weisenden Pfeil M2 dargestellt ist. Die Domäne D ist durch die einzige Domänenwand begrenzt, die durch die geschlossene KurveDW dargestellt ist.

Das Vorspannfeld in einer schwierigen Richtung ist durch die gestrichelten, nach oben weisenden Pfeile MH dargestellt. Dieses Feld in schwieriger Richtung hebt die linke Spitze der Domäbe D an und senkt die rechte Spitze derselben ab. Zu diesem

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Zweck leuchtet ein, daß das Feld in der schwierigen Richtung (MH) und das erste Feld in der leichten Richtung (Ml) des Films " einander überlagert sind, um ein Feld zu erzeugen, das durch den gestrichelten, nach oben links weisenden Pfeil M3 dargestellt ist. Das Feld M3 wirkt auf die linke und die rechte Spitze der Domäne D ein und drückt die letztere in eine mit dem Feld ausgerichtete Form, Daher nimmt bei Gegenwart des Felds in der schwierigen Richtung die Domäne D eine geometrie an, wie diese durch die gestrichelt gezeichnete geschlossene Kurve DWl dargestellt ist. Diese Linie stellt die Lage der begrenzenden Domänenwand dar, wenn ein Feld in schwieriger Richtung vorhanden ist. Dies ist der Zustand zum Zeitpunkt t2 der Fig. 2,

Als nächstes wird ein positiver Impuls (+P14) dem Leiter 14 zugeführt, er erzeugt ein nach links gerichtetes Feld im Film 11, und zwar an der von der Domäne D eingenommenen Stelle, Die Domäne D befindet sich in einer Position, in der sie in Fig. 4 durch die gestrichelt und in Fig. 5 durch die ausgezogene Linie DWl begrenzt ist. Das nunmehr an der Stelle der Domäne D angelegte Feld in leichter Richtung überlagert sich mit den Feldern der harten Richtung und mit den Feldern der ersten und zweiten leichten Richtung außerhalb bzw, innerhalb der Domäne D, Die resultierenden Felder außerhalb der Domäne D sind durch den nach oben links in Fig. 5 gerichteten Pfeil M4-dargestellt. Die

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linke und rechte Spitze der Domäne dehnt sich aus bzw. kontrahiert, sie ändern ihre Orientierungen, um sich mit dem Feld M4 auszurichten. Die resultierende Lage der Domänenwand der Domäne D ist in Fig. 5 durch den gestrichelt gezeichneten Kurvenzug DW 2 dargestellt.

Die gleiche Kurve DW2 ist in Fig. 6 mit ausgezogenen Linien dargestellt. Ein negativer Impuls (-P14) erscheint dann als nächstes an dem Leiter 14 und kehrt das zugeführte Feld der leichten Richtung an der von der Domäne D eingenommenen Stelle um, wie dies durch den gekrümmten, nach links weisenden Pfeil auf dem Leiter 14 dargestellt ist. Das resultierende Feld zeigt nun in die Richtung des Pfeils M5, ist also nach oben links in Fig. 6 gerichtet, und die Domäne D selbst richtet sich wiederum mit diesem Feld aus, wie dies durch den gestrichelten Kurvenzug DW3 in Fig. 6 dargestellt ist.

Die drei Pfeile M3, M4 und M5, die die Felder in der schwierigen sowie in der ersten und zweiten leichten Richtung darstellen und dem Filmanisotropiefeld wie beschrieben überlagert sind, sind in Fig; 6 dargestellt. Es leuchtet ein, daß der Pfeil M3 eine mittlere Stellung darstellt, während die Pfeile M4 und M5 Extremstellungen darstellen, in die die Magnetisierung durch die Felder gedreht wird, welche durch die Bipolarimpulse auf dem Leiter 14 erzeugt werden. Die Anfangs stellung der Domäne D (Fig. 4) unter

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dem Einfluß eines Felds in der harten Kichtung ist in Fig. 6 durch die gestrichelt dargestellte Kurve DWl dargestellt. Die schließliche Lage nach einem einzelnen Wechsel auf dem Leiter 14 ist durch die gestrichelte Kurve DW3 dargestellt. Man sieht eine insgesamt vorhandene Versetzung nach oben, die sich aus der Entfernung zwischen diesen beiden Kurven ergibt. Etwa 2000 A wurden als Größe für diese Versetzung beobachtet, und zwar für Domänen deren Höhen (in Verschiebungs richtung) kleiner als 0, 003 - 0, 01 cm sind und deren Breiten (quer zur Verschiebungsrichtung) kleiner als 0, 05 cm sind.

Eine Umkehr des Felds in der harten Richtung führt zu einer ähnlichen Verschiebung der Domäne nach unten längs der schwierigen Achse.

Das Verständnis der Wirkungsweise des grundsätzlichen erfindungsgemäßen Schieberegisters entsprechend Fig. 1 ist der Schlüssel für das Verständnis komplizierter aufgebauter Anordnungen nach der Erfindung. So zeigt beispielsweise Fig. 7 eine mehrkanalige Schieberegisteranordnung 30. Diese Anordnung weist ein leitendes Blech 31 und einen dünnen Magnetfilm 32 in der in Fig. 1 beschriebenen Anordnung auf. Das leitende Blech 31 liegt zwischen einer Spannungsquelle 33 und Erde, um das Feld in schwierige Richtung in der in Zusammenhang mit Fig, 1 beschriebenen Weise zu erzeugen.

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Eine Mehrzahl Haarnadelleiter 14. ... 14_ ... 14 verlaufen

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oberhalb des Films 32 und sind in Richtung der schwierigen Achse orientiert, um, wenn sie gepulst werden, Felder in der leichten Richtung im Film 32 zu erzeugen. Die Leiter 14 ...14 liegen zwischen einer Ausbreitungsimpulsquelle 34 und Erde. Eingangsleiter 36.., 36... sind an den Film 32 an Eingangsstellen angekoppelt, die (beispielsweise) alternierenden Leitern 14 j 14 ... in der in Fig. 1 dargestellten Weise zugeordnet sind.

J. ο

Die Eingangs stellen für die Leiter 14₁ und 14 sind durch die einwandigen Domänen Dl und D2 in Fig» 7 markiert. Leiter 36-, 36 ·,· liegen zwischen einer Eingangsquelle 37 und Erde wie dargestellt. Eine Ausgangs stelle kann für jeden Kanal der Fig. ebenso definiert werden, wie dies in Verbindung mit dem Register der Fig. 1 erfolgte. Abtastleiter 38 , 38 ... sind an die Ausgangssteilen der Kanäle angekoppelt. Der Einfachheit halber ist dies jedoch nur für zwei Kanäle dargestellt. Die Abtastleiter stellen die Gegenwart oder das Fehlen der jeweiligen einwandigen Domäne mit der beschriebenen Weise fest. Die Abtastleiter liegen zwischen einem Verbraucher 39 und Erde.

Die Quellen 33, 34 und 37 sowie der Verbraucher 39 liegen an einer der Steuerung dienenden Schaltung 40 über Leiter 41, 42, bzw. 44, Die verschiedenen Quellen und Schaltungen können irgendwelche Elemente sein, die in der Lage sind, die ihnen hier zugedachten Funktionen ausführen zu können.

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Jeder der Leiter 14 , 14 und 14 definiert einen Schieberegisterkanal, der unabhängig und in genau der gleichen Weise betrieben werden kann, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Hierzu liefert die Ausbreitungsquelle 34 die erforderlichen Bipolarimpulse unter der Steuerung der Einheit 40, Die Anordnung nach Fig. 7 ermöglicht jedoch eine zusätzliche Betriebsweise. Im einzelnen können die hierin gespeicherten Domänen nicht nur im Serienbetrieb nach oben oder unten längs der schwierigen Achse in der beschriebenen Weise, sondern auch nach links und nach rechts parallel zur Richtung der leichten Achse verschoben werden.

Die Fig. 8 und 9 sind die Impulsdiagramme für die parallele Verschiebung der (Informationen darstellenden) Domänen nach links bzw. nach rechts. Allgenein wird für eine Verschiebung der gesamten Information im Film 31 nach rechts ein negativer Impuls den ungradzahligen Leitern 14,, 14 und 14 zugeführt, gefolgt von einem positiven Impuls auf den gradzahligen Leitern 14 , 14 und, gleichlaufend hiermit, einen positiven Impuls auf die ungradzahligen Leiter 14 , 14 , 14 . Ein Betrieb für eine Verschiebung

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nach links und nach rechts verläuft beispielsweise auf zweiphasiger Grundlage, wie dies noch verständlich werden wird, deshalb definieren die gradzahligen Haarnadelleiter 14 , 14 ... nicht voüständig unabhängige Schieberegister in dieser Anordnung, obgleich

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hieran Abtastleiter angekoppelt und hiervon Ausgänge erhalten werden können, wie dies vorstehend beschrieben worden ist.

Zur Informationsverschiebung nach rechts von einem Schieberegisterkanal auf den nächsten benachbarten Kanal wird ein negativer Impuls (Fig. 6) beispielsweise dem Leiter 14.. zugeführt, gefolgt von gleichlaufenden positiven Impulsen (s. Fig. 5) auf den Leitern 14 _ und (dann) 14_1# Der negative Impuls auf dem

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Haarnadelleiter 14.. ist, es sei betont, im Rückweg der Haarnadel entgegengesetzt gepolt. Dager werden durch jenen anfänglichen negativen Impuls Felder erzeugt, die die Domänen nach rechts in Stellungen bewegen, die dem Rückweg des Haarnadelleiters 14.. überlagert sind. Die gleichlaufenden Impulse auf den Leitern und H₁ verschieben in ähnlicher Weise die Information in Stellungen, die dem Leiter 14 überlagert sind. Der positive Impuls auf dem Leiter 14 _Λ läuft demjenigen auf dem Leiter 14_O nach, um sicherzustellen, daßrlie Information sich in Stellen längs des

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Leiters 14 bewegt und nicht in die Ausgangsstellungen rurückkehrt. Die Information ist nunmehr in dem durch den Leiter 14 definierten Schieberegisterkanal gespeichert. Alle Schiebeimpulse werden mit Hilfe der Ausbreitungsquelle 34 unter der Steuerung der Einheit 40 zugeführt.

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Wenn eine in Serienform in einem Kanal gespeicherte Information in Parallelform auf einen anderen Kanal in der soeben beschrie-. benen Weise verschoben wird, muß dieser andere Kanal für den Empfang der Information unbesetzt sein. Unter diesem Gesichtspunkt betrachtet, leuchtet ein, daß entsprechende Bitstellen in benachbarten Schieberegisterkanälen der Fig. 4 ebenso Schieberegisterkanäle bilden, die in paralleler Weise betrieben werden. Nimmt man dann an, daß Information längs des durch den Haarnadelleiter 14.. der Fig. 7 definierten Karials gespeichert ist, und daß weitere Information im durch den Haarnadelleiter 14 definierten Kanal gespeichert ist, was durch die dort eingezeichnete Domäne D2 dargestellt sei, so wird in diesem Falle die Information um einen Kanal nach rechts synchron verschoben, und zwar durch Zuführen eines negativen Impulses an die Leiter 14 und 14 , gefolgt

J. O

von gleichlaufenden positiven Impulsen auf den Leiterpaaren 14₀ und 14 sowie 14 und 14 , wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Es

rc J. O

versteht sich, daß die anstehenden Felder ausreichend sind, die einwandigen Domänen zu verschieben, nicht aber sie zu erzeugen. Demgemäß wird, wenn in einer betrachteten Stelle eine Domäne fehlt, das Fehlen einer Domäne übertragen.

Um die Information wieder in die durch die Haarnadelleiter 14 und 14 definierten Kanäle zurückzuschieben, führt man in ähnlicher Weise gleichlaufende negative Impulse

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den Leiterpaaren 14 und 14^ sowie (dann) 14 und 14 , gefolgt

1 ά Ct 4

von einem positiven Impuls auf dem Leiterpaar 14„ und 14 (Fig. 9). Es leuchtet ein, daß die für eine derartige Verschiebung gepulsten Leiter 14 alternativ auch in Serie geschaltet sein können. Das Verschieben einer einwandigen Domäne nach rechts und links findet in einer Weise statt, die der Verschiebung umgekehrter Domänen längs einer leichten Achse entsprechend dem Stand der Technik analog ist. Das für eine Bewegung längs einer schwierigen Achse erforderliche Feld in der schwierigen Richtung ist bei einer Verschiebung längs einer leichten Achse nicht vorhanden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 erlaubt daher nicht nur das parallele Auslesen separater Schieberegisterkanäle in einer Weise, die der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen analog ist, sondern ermöglicht auch, daß eine Information aufeinanderfolgend in einem einzelnen Kanal gespeichert und parallel auf einen anderen Kanal verschoben werden kann. Demgemäß sind eine Mehrzahl Schieberegisterkanäle in einem einzigen Magnetfeld mit der Möglichkeit verfügbar, Information hierzwischen in Parallelform zu verschieben. Beispielsweise wird eine Parallelverschiebung des illustrativen Worts 1011 (Fig. 7) von dem durch ddn Leiter 14 definierten Kanal auf den durch den Leiter 14. definierten einfach bewerkstelligt durch bloße Wiederholung der in Fig. 8 dargestellten Impulse.

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Die Parallelverschiebung von Information aus einem Kanal in einen anderen ist in Verbinflung mit der Ausführungsform nach Fig. 7 erläutert worden. Die Figuren 10 und 11 zeigen kompatible Anordnungen, mit deren Hilfe einzelne Bit (einwandige Domänen und deren Fehlen) längs eines Schieberegisterkanals entsprechend Fig. 1 oder von einem Kanal auf einen anderen entsprechend Fig. 7 verschoben werden können.

Wenn eine Mehrzahl Spulen so angeordnet werden, daß sie ein Feld in schwieriger Richtung nur längs horizontaler Bänder oder Abschnitte des Films 31 der Fig. 4 erzeugen, ist das Verschieben einzelner Bit in einem Kanal realisiert. Das Feld in schwieriger Richtung wird hier als Befähigungsfeld bezeichnet, weil beim Fehlen eines derartigen Feldes eine Bewegung in einer längs der schwierigen Achse verlaufenden Richtung blockiert ist. Demgemäß wird durch steuerbares Erzeugen der Felder in schwieriger Richtung längs horizontaler Bänder des Magnetfilms eine Verschiebung längs der schwierigen Achse nur durch ein ausgewähltes Band ermöglicht. Wenn jene Bänder etwa doppelt so breit sind wie eine einwandige Domäne und einander (um die Breite einer Domäne) überlappen, erhält man die Möglichkeit einwandige Domänen in der schwierigen Richtung zu verschieben, und zwar jeweils eine zu einem gegebenen Zeitpunkt.

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Die Anordnung nach Fig. 10 weist einen dünnen Magnetfilm mit einer Mehrzahl hierüber verlaufender Spulen 52 auf. Die Spulen 52 haben die dargestellte Anordnung und sind längs der leichten Achse des Films 52 orientiert. Sie liegen zwischen einem Befähigungsauswähler 53 und Erde.' Die Spulen werden zweckmäßig unter Verwendung der Herstellungsmethode für gedruckte Schaltungen unter Verwendung beispielsweise eines kupferplattierten Kunststoffs hergestellt. Drei Haarnadelleiter 53, 54 und 55 sind zu Erläuterungszwecken dargestellt, sie liegen zwischen einer Bipolarimpulsquelle 56 und Erde. Die Wirkungsweise ist der vorstehend beschriebenen vollständig analog. B,ei Fehlen eines Felds in der schwierigen Richtung, welches durch Aktivieren einer durch die Einheit 53 ausgewählten Spule 52 erzeugt wird, sind die Bipolarimpulse auf einem ausgewählten Haarnadelleiter daran gehindert, eine Domäne längs der schwierigen Achse zu bewegen. Deshalb kann die einwandige Domäne D3 der Fig. 10 um eine Stelle beispielsweise nach oben bewegt werden, während die Domäne D5 unverschoben bleibt. Im einzelnen wird dies bewerkstelligt durch aufeinanderfolgendes Aktivieren der die Domäne D3 überlagernden Spule, so dann die nächst benachbarte überlagernde Spule 52,(die obere) , und sonach die wiederum nächstbenachharte Spule, und zwar jedesmal wenn Bipolarimpulse dem Haarnadelleiter 53 zugeführt werden. Diese

Spulen sind mi^· dl, d2 bzw. d3 bezeichnet. Es leuchtet ein, daß

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sich die Domäne D5 nicht verschiebt, weil an ihrer Stelle kein Feld in schwieriger Richtung vorhanden ist. Es leuchtet ebenfalls ein, da/3 die Domäne D4 sich nicht verschiebt, weil auf dem Haarnadelleiter 55 keine Bipolarimpulse anstehen. Der Befähigungsaus wähler 53 und die Bipolarimpulsquelle 56 liegen an einer nicht dargestellten Steuerungseinheit. Die verschiedenen Schaltungsbauteile können irgendwelche Elemente sein, die in der Lage sind, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen.

Fig. 11 zeigt eine Mehrzahl Leiter 60 bis 60 jdie längs der leichten Achse des Films 51 orientiert sind und zwischen einem Zeilenauswähler 61 und Erde liegen. Die Zeilenleiter folgen einem gezahnten Muster, das längs der schwierige η Achse orientierte Teile aufweist. Diese letzteren Teile liegen zwischen entsprechenden Teilen von Haarnadelleitern 53, 54. Jene Leiter wirken zusammen mit den Haarnadelleitern als Ausbreitungsstreifen um Weitwrstuffelder in leichter Richtung auf vierphasiger Grundlage in definierten Gebieten des Films 51 zu erzeugen. Ein derartiger Betrieb ist einem vierphasigen Ausbreitungsbetrieb vollständig analog. Zu diesem Zweck sind die Haarnadelleiter an eine Ausbreitungsquelle (nicht dargestellt) ebenso an eine Bipolarimpulsquelle wie in Fig. 10 angeschaltet um eine Übertragung in der schwierigen Richtung zu bewirken. Wenn die Haarnadelleiter in Serie geschaltet sind, wird Information durch einen ausgewählten

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horizontalen Kanal synchroni verschoben. Sind alternativ die Haarnadelleiter für ein separates Pulsen ausgelegt, so wird ein asynchroner Betrieb ermöglicht. Die Bewegung einer einwandigen Domäne längs der schwierigen Achse eines Films entsprechend dee Erfindung erfordert bipolare Felder in der leichten Richtung, wie^ dies vorstehend beschrieben worden ist. Jede Änderung des Felds in leichter Richtung schiebt die Domänen vor, wie dies in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist. Jede solcher Art vorbewegte Domäne gibt eine Eingangsstelle frei, bevor das nächstbenachbarte Bit gespeichert wird. Die Zahl der in diesem Zusammenhang erforderlichen Wechsel hängt dann von der Dimension der Domäne ab, die längs der schwierigen Achse bewegt wird. Für Domänen, deren Ausdehnung längs der schwierigen Achse etwa 0, 001 cm beträgt, sind eine Reihe Wechsel notwendig, wobei benachbarte Bit um einen Domänenabstand getrennt sind. Die Bitabstände werden beispielsweise aufrecht erhalten, während sich die Domänen zwischen den Eingangs- und Ausgangsstellen bewegen.

Die Geschwindigkeit, mit der die Domänen längs der schwierigen Achse eines Films entsprechend der Erfindung bewegt werden, hängt von Amplitude und Frequenz der den Haarnadelleitern zugeführten Bipolarimpulsen ab. Im einzelnen erhöht eine Frequenzzunähme der Bipolar impulse die Geschwindigkeit, mit der eine

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Domäne den in den Figuren 4-6 dargestellten Zyklus durchläuft. Wenn ein einzelner Wechsel einen Vorschub von 2000 Angström-Einheiten bewirkt, dann bestimmt die Zahl der Wechsel pro Sekunde die schließliche Versetzung. Frequenzen von 2 Hz bis 200 MHz liefern eine sekundliche Versetzung von 4000 Angström bis
2x10 Angström, oder bis über einen Meter pro Sekunde. Die
Amplituden der Bipolarimpulse sind wichtig, weil diese die
Extremorientierungen quer durch die Pfeile M4 und M 5 in Fig. 6 dargestellten Felder und folglich das Ausmaß der Bewegung der Domänenspitze bestimmen, wie dies in Fig. 4-6 dargestellt ist. Es leuchtet ein, daß größere Impulse zu dem Risiko führen, daß die anfängliche Magnetisierung in der leichten Richtung längs
der Achse der Haarnadel den Film gleichförmig in die schwierige Richtung treibt, wodurch Domänen ausgelöscht und andererseits Stördomänen gebildet werden. Hält man aber die Impulse unterhalb einer derartigen Amplitude, so erhält man eine erhöhte Bewegung der Spitzen und folglich eine erhöhte Versetzung pro
Wechsel. Impulse, dieizwischen dem Wandbewegungsschwellwert des Materials und dem Erzeugungsschwellwert liegen verursachen eine Versetzung pro Wechsel von etwa 2000 Angstrom bis zu einer Domänenbreite.

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Die Amplitude des Felds in der schwierigen Richtung ist ebenfalls bedeutsam für die Bestimmung der Verschiebungsgeschwindigkeit der Domänen längs einer schwierigen Achse des Magnetfelds entsprechend der Erfindung, Für ein gegebenes Material ist die Orientierung des mittleren, durch den Pfeil-M3 der Fig. 6 dargestellten Felds durch die Amplitude des Felds in schwieriger Richtung bestimmt. Je größer das Feld, desto näher ist der Pfeil M3 mit der schwierigen Richtung ausgerichtet. Dies führt zu einer größeren Bewegung der Domänenspitze und folglich zu einer größeren Domänenversetzung pro Wechsel. Felder in schwieriger Richtung von 0 bis zum Domänenerzeugungsschwellwert liefern Domänenverschiebungen, die von O bis zu einer Domänenbreite pro Wechsel reichen.

Die Koerzitivkraft des Materials spielt gleichfalls eine Rolle bei der Bestimmung der Domänenversetzun^sgeschwindigkeit. Beispielsweise kann in Magnetfilmen, in denen der Domänenerzeugungs-Feldschwellwert den Domänenwandbewegungsschwellwert um einen Faktor von etwa 12 überschreitet, der Treibstrom zum Erzeugen der Bipolarimpulse ebenso um einen Faktor 12 variieren. Es leuchtet ein, daß dann die Amplitude der Bipolarimpulse von der Koerzitivkraft des Materials abhängen.

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Die Vorteile der Anordnungen gemäß der Erfindung ergeben sich klarer aus einer Wiederholung der in Rede stehenden Dimensionen. Domänen von 0, 003 χ 0, 005 cm sind mit Hilfe des optischen Kerr-Effekts beobachtet worden. Demgemäß ermöglichen Haarnadelleiter mit einem Mittenabstand von 0, 045 cm

eine Anordnung von 500 χ 35 Bitstellen pro 6 cm Film. Eine wesentliche Reduktion der Domänengröße wurde bei Verwendung von Materialien mit höherer Koerzitivkraft beobachtet. Eine derartige Reduktion erlaubt selbstverständlich eine starke Zunahme der Packungsdichte und es können Packungsdichten der Größenordnung von etwa 1000 χ 100 mit zunehmend höherer Koerzitivkraft des Materials erwartet werden. In ähnlicher Weise wird die mögliche Domänengröße um so kleiner, je dünner der Film ist, wie dies von den üblichen umgekehrten Domänen her bekannt ist. Folglich können durch einfache Herstellungsmethoden für gedruckte Schaltungen mehrkanalige Schieberegister hoher Packungsdichte in einem einzigen magnetischen Dürtnfilm erzeugt werden, und es kann die Information mit bemerkenswerter Freiheit innerhalb eines Kanals oder von einem Kanal auf einen anderen in einfacher Weise verschoben werden. Es leuchtet ein, daß die Verschiebung gespeicherter Information entsprechend der Erfindung auf ein Impulsprogramm ansprechend erfolgt und daß große Höhen in diesem Programm möglich sind. Zusätzlich zu der Serien- oder Parallelbewegung von Bit in orthogonalen Rich-

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tungen innerhalb eines Films können benachbarte Wörter oder Bit eines einzelnen Worts getrennt werden, d.h. es kann ein Sortieren der Information durchgeführt werden. Ebenso können Bit verschiedener Wörter steuerbar ausgetauscht werden, wodurch ein Kodieren ermöglicht wird.

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Claims (9)

1649135 PATENTANSPRÜCHE

1. Magnetischer Speicher mit eine'm dünnen Film aus anisotropen magnetischem Material, das in der Ebene des Films Achsen leichter bzw. schwieriger Magnetisierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

zum steuerbaren Ausbreiten einwandiger Magnetdomänen in dem Film der Speicher eine Schaltung (17, 18) zum Erzeugen einer einwandigen Magnetdomäne aufweist, deren Geometrie von der des Films unabhängig ist, sowie eine Ausbreitungsschaltung (16, 14, B) zum selektiven Bewegen der Domäne längs der Achse schwieriger Magnetisierung.

2, Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitungsschaltung aufgebaut ist aus einer Felderzeugungsschaltung (B, 12, 13, Erde; Fig. 1) zum Erzeugen eines Magnetfelds, das lärigs der Achse schwieriger Magnetisierung ausgerichtet ist, und aus einer bipolarfelderzeugenden Schaltung, die läng? der Achse- schwieriger Magnetisierung zum Erzeugen längs der Achse leichter Magnetisierung gerichtete!' bipolarer Magnetfelder orientiert ist.

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3. Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Domänenerzeugungsschaltung (17, 18 Fig. 1) dafür ausgelegt ist, in dem Film (32; Fig. 7) einwandige Magnetdomänen (z.B. Dl, D2) an einer Mehrzahl Eingangsstellen zu erzeugen und daß die Ausbreitungsschaltung (34, 14 - 14 ) dafür ausgelegt ist, die Domänen in längs der schwierigen Achse verlaufenden Kanälen selektiv zu bewegen.

4. Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbreitungsschaltung (34, 14 - 14 ) ferner dafür ausgelegt

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ist, die Domänen in Parallelform von einem Kanal zu einem "anderen längs der leichten Achse selektiv zu bewegen.

5. Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bipolarimpulsquelle (34) vorgesehen ist, und daß die bipolarfelderzeugende Schaltung eine Mehrzahl haarnadelförmiger Leiter aufweist, die an die Bipolarimpulsquelle (34) angeschaltet sowie längs der schwierigen Achse zur Definierung der Kanäle orientiert sind, und daß die Bipolarimpulsquelle gepulste, bipolare Felder in leichter Richtung längs jedes Kanals erzeugt.

6. Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die felderzeugende Schaltung segmentweise (52, dl - d3; Fig. 10)

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derart unterteilt ist, daß längs der Achse schwieriger Magnetisierung gerichtete Magnetfelder in Bändern längs des Films erzeugt werden, und daß eine Befähigungsschaltung (53) zum selektiven Befähigen der in Segmente unterteilten felderzeugenden Schaltung vorgesehen ist.

7. Speicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (40; Fig. 7) vorgesehen ist, die an die Befähigungsschaltung (53; Fig. 7) und die Bipolarimpulsquelle (56) angeschaltet sowie dafür ausgelegt ist, deren Betrieb für eine Verschiebung bestimmter einwandiger Domänen längs der leichten Achse (z.B. eine Verschiebung νώη D3 nach D4) selektiv zu steuern.

8. Speicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl längs eines gezahnten Wegs geführter Leiter (Θ0 - 60 ) (Fig. 11) vorgesehen sind, die im allgemeinen längs der leichten Achse verlaufen, aber Teile aufweisen, die längs der schwierigen Achse orientiert sind, und daß diese Teile zwischen den Haarnadelleitern (53, 54) längs verschiedenen Bändern des Films liegen und dadurch im Film Kanäle zum selektiven Bewegen einwandiger Domänen längs der leichten Achse bilden, wenn die Leiter auf mehrphasiger Grundlage gepulst werden.

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9. Speicher nach einem der voranstehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine Abtastschaltung (38 - 38 ; Fig. 7), die im Abstand längs der schwierigen Achse von der Erzeugungsschaltung (17, 18; Fig. 1) angeordnet und jedem Kanal des Speichers zum Feststellen der Gegenwart oder des Fehlens einer einwandigen Magnetdomäne in diesem Kanal zugeordnet ist.

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