DE1549138C - Anordnung zum Feststellen des Vorhandenseins oder Fehlens einer einwandigen Domäne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Feststellen des Vorhandenseins oder Fehlens einer einwandigen Domäne in einer Position in einer Schicht aus magnetischem Material, in welchem stabile, einwandige Domänen bewegt werden können.

In dem Buch »Ferromagnetic Domains« von E. A. Nesbitt, herausgegeben von Bell Telephone Laboratories, Incorporated, USA, 1962, ist gezeigt, daß in Materialien, die eine Magnetisierung senkrecht zur Ebene des Materials haben, gegenüber der Umgebungsmagnetisierung umgekehrt magnetisierte Domänen existieren können. Solche Domänen sind von einer einzigen, in sich geschlossenen Domänenwand in der Ebene des Materials umgeben. Es wurde nun gefunden, daß solche einwandige Domänen in der Ebene des Materials sehr leicht gesteuert bewegt und zur Informationsdarstellung benutzt werden können (vgl. hierzu das eigene gleichrangige Patent 549 136).

Ein im Gefolge der praktischen Anwendung solcher einwandigen Domänen auftretendes Problem ist das Feststellen des Vorhandenseins oder Fehlens einer einwandigen Domäne in einer bestimmten Position, beispielsweise innerhalb einer Bitspeicherstelle eines Speichers. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung nun in sehr einfacher Weise für eine Anordnung der einleitend beschriebenen Art gelöst durch Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das ίο die Größe der einwandigen Domäne von einem stabilen ersten Wert auf einen instabilen zweiten Wert zu ändern vermag, von welchem die Domäne nach Entfernen des Magnetfeldes wieder auf den stabilen ersten Wert zurückkehrt.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist der, daß ein zerstörungsfreies Auslesen ermöglicht wird, wenn solche einwandige Domänen zur Informationsspeicherung benutzt werden.

Die Erfindung beruht, wie bei dem eigenen gleichrangigen Pa'tent, auf der Erkenntnis, daß die Schichtmaterialien der hier in Rede stehenden Art sich normalerweise in einem stabilen Magnetisierungszustand befinden, der sich ausgezeichnet durch positive und negative Domänen mit stabilen Minimalgebieten, die eine Funktion der Materialparameter, z. B. des Domänenwandbewegungsschwellwertes und der Dicke der magnetischen Schicht, aber unabhängig von den Begrenzungen der Schicht sind. Es wurde gefunden, daß, wenn das Gebiet einer betrachteten Domäne in einer solchen Schicht durch ein geeignetes Feld reduziert wird, dieses Gebiet nach Entfernen des Feldes wieder zunimmt, um das System in den stabilen Magnetisierungszustand zurückzuüberführen. Dieses Phänomen wird hier als ein Mittel zum Erreichen eines zerstörungsfreien Auslesens von in einem Speicher gespeicherten Information ausgenutzt. Dabei wird die Gegenwart oder das Fehlen einer einwandigen Domäne in einer betrachteten Position einer gegebenen Bitstelle festgestellt durch Anlegen eines Feldes mit dem Ziel, jegliche Domäne, die in dieser Position vorhanden ist, zum teilweisen Kollabieren zu bringen. Ist eine Domäne vorhanden, so erzeugt die resultierende Flußänderung einen Impuls in einem zugeordneten Abtastleiter. Fehlt andererseits eine Domäne, so trifft praktisch keine Flußänderung auf. Jede solcherart teilweise kollabierte Domäne nimmt ihre anfängliche Größe wieder an, wenn der Abfrageimpuls aufhört.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform im einzelnen erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Linearauswahlspeicheranordnung mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum zerstörungsfreien Auslesen der gespeicherten Information und

F i g. 2 bis 4 schematische Teilansichten der Anordnung nach Fig. 1.

Die dargestellte Linearauswahlspeicheranordnung 10 weist eine Schicht 11 aus magnetischem Material, beispielsweise Yttriumorthoferrit, auf, das in der Ebene der Schicht praktisch isotrop ist und eine im wesentlichen senkrecht zur Schichtebene orientierte Vorzugsmagnetisierungsrichtung besitzt.

Eine Mehrzahl elektrischer Leiter sind an die magnetische Schicht 11 angekoppelt und definieren

dort in Matrixform angeordnete Bitstellen, von denen eine jede mehrere Positionen aufweist. Im einzelnen

sind eine Mehrzahl ^-Leiter XIA, XlB, XlA und

X2B zeilenweise angeordnet, die sich mit einer Mehrzahl spaltenweise angeordneter Y-Leiter Yl, Yl, Y3 und YA schneiden (Fig. 1). Jedem der X- und Y-Leiter ist ein Rückweg nach Erde beigegeben, wobei die Leitergeometrie so gewählt ist, daß jeder Leiter zusammen mit entsprechenden Teiten seines Rückwegs leitende Schleifen bildet. Die X-Leiter sind in mit A und B bezeichneten Paaren organisiert, und ein Paar X-Leiter sowie ein einzelner Y-Leiter definiert jeweils eine Bitstelle. Jede Bitstelle enthält eine Schleife jedes der fraglichen X- und Y-Leiter. Diese Schleifen sind beispielsweise längs Diagonalen angeordnet. So enthält die Bitstelle BLU, die durch das Xl-Leiterpaar und den Yl-Leiter definiert ist, drei Schleifen, eine in jedem der sie definierenden Leiter. Die X- und Y-Leiter sind mit Wort- bzw. Ziffern-Ansteuerungen 12 bzw. 13 verbunden.

Abfrageleiter-XlC und X2C, denen ebenfalls Rückwege beigegeben sind, bilden eine Reihe leitender Schleifen mit entsprechenden Teilen ihrer Rückwege. Diese leitenden Schleifen liegen so, daß sie mit einer durch den entsprechenden Y-Leiter in jeder Bitstelle definierten Schleife zusammenfallen. Die Abfrageleiter liegen an der Wort-Ansteuerung 12.

Abtastleiter 51, 52, S3 und 54 liegen zwischen entsprechend bezeichneten Y-Leitern und einem Verbraucher 14.

Die Wort- und Ziffern-Ansteuerungen 12 und 13 sowie der Verbraucher sind mit einer Steuerschaltung 15 über Leiter 16,17 bzw. 18 verbunden. Die verschiedenen Ansteuerungen sowie die übrigen Schaltungen können irgendwelche Schaltungsbausteine sein, die die ihnen hier zugedachte Funktion ausführen können.

Die Herstellung einer geeigneten magnetischen Schicht für die Speicheranordnung nach F i g. 1 ist bekannt. Die Erzeugung und Anordnung umgekehrt magnetisierter einwandiger Domänen in einer derartigen Schicht sind ebenfalls bekannt. Eine Erläuterung der Einrichtung zum anfänglichen Einbringen und Anordnen der Domänen ist für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig. Es genügt, anzuneh-Γ) men, daß jede Bitstelle der Anordnung nach F i g. 1 ^y eine einwandige Domäne aufweist, die dort durch irgendwelche nicht dargestellte Mittel eingebracht worden ist.

Der einfachen Erläuterung halber sei angenommen, daß die Richtung der Magnetisierung der Schicht 11 in die Zeichenebene hineinweist. Diese Magnetisierungsrichtung ist durch Minuszeichen dargestellt. Die einwandigen Domänen haben dann die umgekehrte Magnetisierungsrichtung, die aus der Zeichenebene herauszeigt und entsprechend mit einem Pluszeichen markiert ist. Die Domänenwand sollte der Erläuterung halber mit der entsprechenden Leiterschleife zusammenfallen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, enthält jede Bitstelle eine einwandige Domäne in einer Position, die der durch den entsprechenden ΧΛ-Leiter sowie dem Rückweg desselben gebildeten Schleife entspricht.

Jede Bitstelle der Speicheranordnung enthält drei Leiterschleifen, die durch die entsprechenden Leiter XA, XB und Y definiert sind. Die durch einen Leiter XA definierte Leiterschleife speichert normalerweise eine einwandige Domäne und ist hier als die erste oder »Null«-Position bezeichnet. Die durch einen Y-Leiter definierte Leiterschleife ist hier als die zweite oder »Eins«-Position bezeichnet. Die selektive Verschiebung einer einwandigen Domäne von einer ersten in eine zweite Position innerhalb von Bitstellen (Wort), die einem bestimmten X-Leiterpaar zugeordnet sind, wird in der nachstehend kurz beschriebenen Weise bewerkstelligt. Die Wirksamkeit der Anordnung nach F i g. 1 ergibt sich an Hand der Betrachtung eines zerstörungsfreien Auslesens der.Information aus diesen Bitstellen.

ίο Vor der Beschreibung der erfindungsgemäßen zerstörungsfreien Ausleseweise soll die selektive Verschiebung einwandiger Domänen erläutert werden. Eine einwandige Domäne wird von einer umlaufenden Domänenwand umgeben, deren Verlauf man sich als übereinstimmend mit der Lage der Leiterschleifen in den X- und Y-Leitern denken kann, wenn die Domäne eine durch eine solche Schleife definierte Position einnimmt. Tatsächlich erstreckt sich die Domäne über eine solche Schleife bis in eine Position Hinaus, an die die nächstbenachbarte Schleife angekoppelt ist, wodurch eine Verschiebung der Domäne ermöglicht wird, ohne daß benachbarte Leiterschleifen einander überlappen müßten. Eine derartige Verschiebung einwandiger Domänen findet statt durch impulsweises Ansteuern desjenigen Leiters, der eine nächstbenachbarte Schleife in Richtung der gewünschten Verschiebung besitzt. Die Ansteuerung erfolgt dabei in der Weise, daß der Fluß in dieser Schleife in die positive Richtung getrieben wird.

Zunächst sei angenommen, daß in jeder ersten, in jeder Null-Position, die durch die Schleifen XA -Leiter definiert ist, eine einwandige Domäne liegt. Um eine einwandige Domäne in die zweite, also in die 1-Position der entsprechenden Bitstelle zu verschieben, wird zunächst ein XB-Leiter gepulst und sodann der entsprechende Y-Leiter. Bei Fehlen des letzterwähnten Impulses wird die entsprechende Domäne nicht in die zweite Position überführt. Schließlich wird der X4-Leiter gepulst, um die »gestörten« Domänen in die jeweils erste Position zurückzuüberführen. Man möchte nun beispielsweise das repräsentative Wort 1011 in die den Xl-Leitern zugeordneten Bitstellen einschreiben. Hierzu wird zunächst der Leiter XIB mit Hilfe der Wortansteuening 12 unter der Kontrolle der Steuerungsschaltung 15 gepulst. Danach werden die Leiter Yl, Y 3 und Y 4 in ähnlicher Weise von der Ansteuerung 13 gepulst, nicht aber der Leiter Y 2. Schließlich wird der XlA -Leiter in gleicher Weise gepulst. Die resultierende Lage der Domänen ist

dann die aus Fig. 2 ersichtliche, eine einwandige Domäne ist in jeweils der zweiten Position der Bitstellen BL11, BL13 und BL14 gespeichert, während in der Bitstelle BL12 eine Domäne in der ersten Position gespeichert ist.

Ein zerstörungsfreies Auslesen erfolgt bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung mit Hilfe eines Abfrageimpulses auf einem XC-Leiter. Ein solcher Impuls hat bestimmtes Vorzeichen, um die Domänen an den durch die Schleife definierten Positionen zum Kollabieren zu bringen, wobei die Amplitude aber kleiner als diejenige gehalten wird, welche zum vollständigen Kollabieren der Domäne durch Treiben derselben in die umgekehrte Sättigung oder zum Kollabieren der Domäne auf eine unterhalb eines kritischen Gebiets liegende Größe erforderlich ist, bei der das weitere Kollabieren spontan erfolgt. Ein solcher Impuls reduziert, wenn er mit Hilfe der Wort-Ansteuerung 12 unter der Kontrolle der Steuer-

schaltung 15 dem LeiterXlC zugeführt wird, das Gebiet der einwandigen Domäne in den Bitstellen BL11, BL13 und BLlA (Fig. 2), wenn man annimmt, daß das repräsentative Wort 1011 in der beschriebenen Weise hier vorher gespeichert wurde. S

F i g. 3 zeigt die Domäne D verringerter Größe in der Bitstelle BL11. Eine Abnahme des von der Domäne eingenommenen Gebiets ist von einer Abnahme des Flusses begleitet, der an die entsprechenden Y-Leiter angekoppelt ist und demzufolge in den Leitern Yl, Y 3 und Y 4 Impulse induziert. Diese Impulse werden dann über die Leiter 51,53 und 54 vom Verbraucher 14 festgestellt. Die zweite Position in der Bitstelle BL12 ist nicht besetzt. Deshalb neigt hier der Abfrageimpuls dazu, an dieser zweiten Position eine Pendelflußänderung zu erzeugen. Hierdurch wird nun ein vernachlässigbarer Impuls auf den Leiter Y 2 induziert. Nach Aufhören des Impulses auf dem Leiter ZlC nehmen die Gebiete der Domänen in den Bitstellen BLIl, BL13 und BL14 wieder ihre so ursprüngliche Größe an, die, wie erwähnt, größer ist als die zugeordnete Leiterschleife Yl, wie dies durch die Domäne D in F i g. 4 dargestellt ist.

Es sei bemerkt, daß der Abfrageleiter XIC Schleifen bildet, die je einen größeren Durchmesser als der der einwandigen Domäne haben (s. Fig. 4). Würde der Durchmesser dieser Schleife, kleiner sein als der der einwandigen Domäne, so würde ein »Abfrage«- Impuls der entgegengesetzten Polarität in der Absicht zugeführt, um das Gebiet der abgefragten Domäne zu vergrößern. Eine partielle Reduktion des Gebiets ist jedoch die Folge eines solchen Impulses.

Einwandige Domänen werden in die erste, d. h. in die O-Position der entsprechenden Bitstellen rücküberführt durch aufeinanderfolgendes Pulsen der Leiter XB und XA. Beispielsweise wird das als Beispiel eingeschriebene Wort 1011 aus dem Speicher entfernt durch Pulsen der Leitei X1B, XIA in dieser Reihenfolge.

Der Speicher kann auch für beliebigen Zugriff, also bitorganisiert sein. Es wurde zu Erläuterungszwecken eine Linearauswahlorganisation deswegen gewählt, um zu demonstrieren, daß ein zerstörungsfreies Auslesen Ausgänge längs eines Abfrage-(Wort)-Leiters liefern kann, aber ebenso auch längs der Ziffernleiter (wie dargestellt). Dies ist eine in assoziativen Speichern brauchbare Eigenschaft. Ein Auslesen längs eines Abfrageleiters XC wird erreicht durch Pulsen des Y-Leiters mit dem Ziel, die Gebiete der einwandigen Domänen in den entsprechenden zweiten Positionen zu reduzieren, wodurch Impulse im zugeordneten ZC-Leiter induziert werden.

Das während eines zerstörungsfreien Auslesens erhältliche Ausgangssignal ist proportional der während dieser Operation auftretenden Größenänderung des. von der einwandigen Domäne eingenommenen Gebiets. FünYttriumorthoferrit-Schichten, die 0,1 mm dick sind und einen Domänenwand-Bewegungsschwellwert von 2 Oersted besitzen, hat eine einwandige Domäne einen Durchmesser von etwa 0,4 mm. Zu Vergleichszwecken hat dann eine Leiterschleife einen Durchmesser von etwa 0,375 mm und der Mittenabstand zwischen benachbarten Schleifen ist ebenso groß. Ein Impuls von etwa 500 mA reduziert den Durchmesser einer einwandigen Domäne auf etwa 0,125 mm, hierbei wird ein Impuls von etwa 1,5 mV-Mikrosec in den Zifferleitern zu Anzeigezwecken induziert. Die Domäne stellt ihre stabile Größe in etwa 1 Mikrosec nach Aufhören des Abfrageimpulses wieder her. Das Kollabieren einer einwandigen Domäne in einer Umgebung entgegengesetzter Magnetisierung erfordert üblicherweise einen Impuls relativ hoher Amplitude, diese liegt beim beschriebenen Beispiel bei etwa 2 Amp.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Feststellen des Vorhandenseins oder Fehlens einer einwandigen Domäne in einer Position in einer Schicht aus magnetischem Material, in welchem stabile, einwandige Domänen bewegt werden können, g e k e η η zeichnet durch Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das die Größe der einwandigen Domäne (D) von einem stabilen ersten Wert auf einen instabilen zweiten Wert zu ändern vermag, von welchem die Domäne nach Entfernen des Magnetfeldes wieder auf den stabilen ersten Wert zurückkehrt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Felderzeugungsmittel ein Magnetfeld liefern, das die Größe der Domäne auf einen instabilen Wert selektiv zu ändern vermag, der kleiner ist als der stabile erste Wert.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Felderzeugungsmittel einen Abfrageleiter (XlC, X 2 C) umfassen, der an die Position in der Schicht so angekoppelt ist, daß er bei seinem Ansteuern ein Magnetfeld erzeugt, das der Magnetisierung einer in der Position vorhandenen Domäne entgegengesetzt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfrageleiter an eine Vielzahl von Positionen in der Schicht angekoppelt ist und an jeder Position eine Leiterschleife bildet, deren Durchmesser größer als der einer dort befindlichen Domäne ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (11) aus einem Material aufgebaut ist, welches eine außerhalb der Schichtebene liegende Vorzugsmagnetisierungseinrichtung besitzt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Yttriumorthoferrit aufgebaut ist.