Elektrisches Bauelement mit einem Supraleiter, gekoppelt mit angrenzenden
Ferromagnetika Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement, mit einem Supraleiter,
gekoppelt mit Ferromagnetika. In "Physics Letters", Bd. 25, Nr. 1, Oktober
1966, Seiten 10 und 11 hat de Gennes einen Effekt beschrieben, der sich aus einer
Kopplung zwischen Ferromagnetika und einem Supraleiter ergibt. Das Auftreten dieses
Effektes wird für solche Änordnungen angegeben, bei denen zwei elektrisch
isolierende Ferromagnetika eine nicht zu dicke supraleitende Schicht zwischen sich
einschließen. Nach dem de Gennes-Effekt hängt das Umschalten vom Winkel zwischen
den in der Schichtebene liegenden augenblicklichen Magnetisierungen der Ferromagnetika
ab. Für Werte des Winkels größer als ein kritischer Winkel 80 ist
die Wechselwirkungsenergie zwischen den Ferromagnetika und den
Supraleiter
kleiner als die Energielücke des Supraleiters. Für Werte kleiner--0, herrscht Normalleitung
in dem sonst an sich supraleitenden Material.
@..1@1!: fgabe der Erfindung iwt es, ein elektrisches bau-
elcr.:ent anzugeben, bei dem der zunächst nur theoretisch
vcr:aisgesagte de Gennes-Effekt realisier-, und pr aktis-,1"i
nuo-eiiu-tzt ist. Insbesondere soll ein solches Bauelement
als Sreicherelement für eine ;@heichera nordnung ausgebil-
det- sein. Line andere. Ergänzung der Aufgabenstellung
ist
e, solches Da_ielement für logische Verknüpfungen an-
,vendbt:r zu machen und dafür zu verwenden.
Gelöst wird diese i',ufgabe erfindungsgemäß durch ein
elek-
trisches Bauelement i:iit einer elektrischen Leitungsbahn
in Form eines dünnen Streifens aus einem sunralei ,fähigem
@'#per i@;l, das im Zusammenwirken mit den :,@agne
@isierun@jen
u-:iittelbur benaciibül-ter, ferromagnetischer Schichten, deren
jct:ciligc l;oer zitivfeld:rtä rke und/oder deren je%-;eilige
maf;-
::c tische Anisotropie voneinander unterschiedlich is t-, ab-
h:;ngiG von der Wahl der elektrischen Leitfähigkeit dieser
Schichten, bei einem kritischen Winkel 9 zwischen den Ma-
gnetisierungen in der Schichtebene einen gbergang (nach de
Gennes) zwischen Supraleitung und Normalleitung, bzw. umge-
lehrt aufweist und mit einem odermehreren'elekttischen Lei-
tern, wobei diese Leiter, die Schichten und die Leitungsbahn
:ueinander so angeordnet sind, d aß ein elektrischer
Strom-
fluß durch einen oder durch mehrere solcher Leiter eine sol-
:jhe Veränderung der Tlagnotisierungsrichtung in wenigstens
einer der Schichten und damit des Winkels zwischen den Magne-
tisierungen der Schichten 'bewirken kann, daß ein Übergang
in
dcr Leitungsbahn eintritt.
Der Begriff "Schicht",im Zusammenhang mit ferromagnetischer
S-hicht ist hier im Sinne der Erfindung weitgefaßt zu vers-'4c:-
hen.
i31c Verwendung der rerromagnetika in Form von dünnen Schich-
4en ist zur Lösung dieser Aufgabe besonders vorteilhaft.
Es wurde gefunden, daß es besonders günstig ist, wenn die
Schichten eine geringe elektrische Zeitfähigkeit aufweisen, wie sie bei Halbleitern
vorliegen kann und wofür hier die Begriffe "halbleitend", bzw. "Halbleiter"
verwendet werden.
Insbesondere wurde festgestellt, daß der Wert des
kritischen Winkels 9C von der Höhe dieser Zeitfähigkeit abhängig ist. Erfindungsgemäß
wird also durch bezüglich der Zeitfähigkeit getroffene Auswahl und/oder Dotierung
des Materials für die Schichten der Winkel 9C festgelegt. Für die erfindungsgemäße
Anordnung eignen sich besonders die bei entsprechend tiefen Temperaturen ferromagnetischen
Chalkogenide der Seltenen Erden, z.B. Europiumsulfid oder -oxid oder halbleitende
Chromsulfo- oder Chromseleno-Spinelle, z.13. CdCr2 Se 44 Bei ihnen rührt der Magnetismus
von Ionen im S-Zustand her. Es eignen sich aber auch ferromagnetische Oxide mit
anderen Ionen der sogenaxinten 3-d-Übergangselemente, wie Nickel, Eisen, Kobalt,
Mangan oder Chrom, so z.B. ein Ferrit mit dreiwertigen Eisenionen. Als besonders
geeignet erweisen sich auch halbleitende ferromagnetische Chalkogenide, bei enen
positiv zweiwertige Ionen, insbesondere des Europiums, teilweise durcn positiv dreiwertige
Ionen magnetischer Ubergangselemente substituiert sind. Bei derartigen Stoffen läßt
sich die elektrische Leitf-hi.gkeit vorte-i lha* :;erweise auf für den de Gennes-Effekt
besonders günstige Werte einstellen. t3esonders vorteilhaft für das erfi.nuiingsgemäße
elektrische Bauelement ist es, wenn die ferromagnetischen Schichten von sich aus
eine uniaxiale magnetische Anisotropie aufweisen. Der Winkel zwischen-den entsprechenden
Anisotropieachsen der beteiligten Ferromagnetika kann bereits so vorgegeben werden,
wie dies für den jeweiligen Anwendungsfall der, erfindungsgemäßen supraleitenden
Speicheranordnung besonders günstig ist. Es kann z.B. ein Winkel gewählt werden,
der nahezu gleich dem kritischen Winkel ist, so daß nur noch eine
geringe
Drehung der Magnetisierung wenigstens .einer der Schichten erforderlich ist, um
das gewünschte Umschalten zu bewirken. ,..Electrical component with a superconductor, coupled with adjoining ferromagnetic materials. The invention relates to an electrical component with a superconductor, coupled with ferromagnetic materials. In "Physics Letters", Vol. 25, No. 1, October 1966, pages 10 and 11, de Gennes described an effect which results from a coupling between ferromagnetic materials and a superconductor. The occurrence of this effect is indicated for arrangements in which two electrically insulating ferromagnetic materials enclose a superconducting layer that is not too thick between them. According to the de Gennes effect, the switching depends on the angle between the instantaneous magnetizations of the ferromagnetic materials in the plane of the layer. For values of the angle greater than a critical angle 80 , the interaction energy between the ferromagnetic materials and the superconductor is smaller than the energy gap of the superconductor. For values less than - 0, normal conduction prevails in the otherwise superconducting material. @ .. 1 @ 1 !: The invention is based on an electrical construction
elcr.:ent to be specified, in which the initially only theoretically
vcr: the said de Gennes effect realisier-, and pr aktis-, 1 "i
nuo-eiiu-tzt is. In particular, such a component should
as a string element for a; @heichera arrangement trained
det- be. Line others. Supplement to the task
e, such a data element for logical links to
, vendbt: r to make and use for it.
According to the invention, this problem is solved by an electrical
tric component i: iit an electrical conduction path
in the form of a thin strip of a sunralei, capable
@ '# per i @; l, which works in conjunction with the:, @ agne @ isierun @ jen
u-: iittelbur benaciibül-ter, ferromagnetic layers, their
jct: ciligc l; oer zitivfeld: rtärke and / or their% -; urgent maf; -
:: c tical anisotropy is different from one another, ab-
h:; ngiG on the choice of the electrical conductivity of this
Layers, at a critical angle 9 between the ma-
gnetization in the layer level a transition (according to de
Gennes) between superconductivity and normal conduction, or vice versa
teaches and with one or more 'electrical
tern, with these conductors, the layers and the conductive path
: are arranged in such a way that an electric current
flow through one or more such conductors such as
: jhe change in the direction of tlagnotization in at least
one of the layers and thus the angle between the magnets
tization of the layers' can cause a transition in
the duct enters.
The term "layer", in connection with ferromagnetic
S-hicht is here in the context of the invention broadly to vers-'4c: -
hen.
i31c Use of rerromagnetics in the form of thin layers
4en is particularly advantageous for solving this problem.
It has been found that it is particularly favorable if the layers have a low electrical time capability, as can be the case with semiconductors and for which the terms “semiconducting” or “semiconductor” are used here. In particular , it was found that the value of the critical angle 9C is dependent on the magnitude of this time capability. According to the invention, the selection and / or doping of the material for the layers made with regard to the time capability determines the angle 9C. The chalcogenides of the rare earths which are ferromagnetic at correspondingly low temperatures, for example europium sulfide or oxide or semiconducting chromium sulfo or chromium seleno spinels, e.g. 13, are particularly suitable for the arrangement according to the invention. CdCr2 Se 44 Their magnetism comes from ions in the S state. However, ferromagnetic oxides with other ions of the so-called 3-d transition elements, such as nickel, iron, cobalt, manganese or chromium, such as a ferrite with trivalent iron ions, are also suitable. Semiconducting ferromagnetic chalcogenides also prove to be particularly suitable, in the case of positive divalent ions, in particular of europium, being partially substituted by positive trivalent ions of magnetic transition elements. In the case of such substances, the electrical conductivity can be adjusted to values that are particularly favorable for the de Gennes effect. It is particularly advantageous for the electrical component according to the invention if the ferromagnetic layers inherently have a uniaxial magnetic anisotropy. The angle between the corresponding anisotropy axes of the ferromagnetic materials involved can already be specified in such a way as is particularly favorable for the respective application of the superconducting storage arrangement according to the invention. For example, an angle can be selected which is almost equal to the critical angle, so that only a slight rotation of the magnetization of at least one of the layers is required in order to bring about the desired switching. , ..
Für eine ferromagne-Lische Aufdampfschicht kann die Anisotropfe in
vielen Fällen bereits bei der Herstellung der Schicht, etvra durch Aufdampfen in
einem äußeren Magnetfeld, erzwungen vterden.
F,ine spezielle, Ausgestaltung der Erfindung geht dahin,, einer,-
aus vrelchen Gründen auch immer, isotropen Schicht.eine.per-
manent magnetisierte Zusatzschicht derart zuzuordnen, daß
die Schicht wenigstens für den hier beabsichtigten Zvreck
ausreichend anisotrop erscheint. ;,
Fig. 1 zeigt in sphemati"scher,Darstellung -eine Ausführungs->
,
form eines elektrischen Bauelementes--nach ;der Erfindung."
; ,
Mit 23 ist die Leitungsbahn aus supraleitfähigem Material
bezeichnet. Sie befindet sich ivrischen zwei, z.D. echt.-,.
.:.
eckigen oder krei;sförigen ferromagne.tischen Schichten 21
und 22, die, dem besseren Verständnis halber, etwas gegen-
einander versetzt dargestellt sind. Mit Vist ein elektri
scher Leiter bezeichnet, der,so.angeordnet ist,daß das, .
I:agnetfeld einem. durch ihn fließenden Stromes gegenüber
dem Ruhezustand eine Änderüng., der in der Schichtebene , 2ie-,.
, ;-r
genden -P4agnetisierungen wenigstens einer d:ex.: Schichten
der- :"..-t
art bewirkt,.daß eine Veränderung des Winkele zwischen den
:. w
Magnetisierungen eintritt..Die Veränderung des.Winkels soll,
.
derart sein, daß ein Überschreiten oder Unterschreiten des
kritischen Winkels.8@ .eintritt, so. daß in. der. Leitungsbahn
23,
etira. ; in dem schraffiert ,dargestellten ßere:.ch 29,', :
en ,@`ber-
gang nach de Gennea.von der-Normalleitung,iM:de"gupraler,
tun, oder umgekehrt eintritt . -Ein : solcher , Uberpng:mach:t
. ; 3
sicä@n. der Leitungsbahn 23 ;als.-Ändei@ung. der@.:_e,ktri.schen
Widerstandes bemerkbar;-und,.kenn in entsprep4ender;;#Ve,.ige;-est--
gestellt und ausgewertet werden. , ..., .
Gegebenenfalls ist zwischen dem Leiter 7 und der ihm unmittelbar
benachbarten Schicht eine elektrische Isolation vorgesehen. Die Ausrichtung des
Leiters 7, gegebenenfalls auch die Stromrichtung durch diesen Leiter und die Magnetisierungsrichtungen
in den Schichten sind an sich frei vrähltar bezogen auf die Zeitungsbahn 23, sie
sind jedoch alle voneinander abhängig. Die Schichten sind so ausgedehnt, wie dies
für das erfindungsgemäß stromgesteuerte Umschalten des Bereiches 29 in 21 erforderlich
und zweckmäßig ist. Vorzugsweise sind die Schichten derart streifenförmig, daß sie
von dem wirksamen I.Iagnetfeld des im Leiter fließenden Stromes im wesentlichen
vollständig erfaßt werden. Insbesondere ist, etwa durch eine Zwischenschicht,'dafür
gesorgt, daß auch in den Bereichen, in denen die Schichten nicht mehr durch das
Material der Leitungsbahn ohnehin voneinander getrennt sind, keine störenden magnetischen
Kopplungen der Schichten untereinander auftreten. Insbesondere sind der oder die
Leiter aus einem supraleitendem Material, das auch im Betrieb supraleitend bleibt.
Noch weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung zu den Figuren
eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels, insbesondere für die Anwendung
des erfindungsgemäßen Bauelementes in einer neuen Speicheranordnung, hervor. Schematisch
zeigen Fig. 2 die Aufsicht und r Fig. 3 einen Querschnitt eines Bauelemente, geeignet
als Speicherzelle einer Speicheranordnung. 24,F25 und 26 sind elektrisch isolierende
Schichten. 27 und 28 sind, sich kreu-
zendyjgegeneinander isolierte elektrische leiter, die hier
ein rechtwinkliges Achsenkreuz miteinanderbilden. Der schraf-
fierte Bereich deutet wieder inetwa den Orb an, an dem durch
entsprechende koinzidente Stromflüsse durch die Leiter 27
unc3_ ::r"';: t- 28 infolge von Veränderungen der etisierungs-
richtungen in 21 und 22 ein Umschalten in 23 bewirkt Tiergen
kann. 30 ist ein insbesondere supraleitender Trüger,
der vorzug weise auch als elektrische Rückleitung
u:zd/oder als magnetische Abschirmung herangezogen wird.
In der erfindungsgemäßen Anordnung vierten in der. ferro-
ßagne tika, hier in deii Streifen 21 und22, bestimmte 1.Ia-
enetisierungszustände gespeichert, die dann durch den
jeweils supraleitenden oder normalleitenden Zustand der
%eitungßba hn 23 erkennt :werden können.
Eine Anzahl derartiger Elemente kann gemäß einer 1`leiter-
bildung der Erfindung, vorzugsweise in der Ar-:: einer
iiätrix angeordnet, zu einer Speicheranordnung mit kreuz-
weise verlaufenden Leitern der Annteuermatrix -usanmen-
geschaltet trerden:
Das Eindchreiben und auslesen von binCH:rer Information bei
einer, der Weiterbildung der Erfindung gemäßen, SFeicheran--
ordnung kann in mehrfacher Weise erfolgen::
Das Einschreiben kann in der Voise durchgeführt werden,
,..aß zwei koinzidente positive oder negative Stromimpulpe
in die Leiter eingegeben vierten. Durch die entsprechenden
magnetischen 2eldimpulse werden die äichtungen der biagne=,
tinierungen jeder der beiden Ferromagnetika vorübergehend
in die Richturig der resultierenden Feldstarke, das
ist et-
:ra in die Richtung der Winkelhalbierenden, zwischen den
.agnotisierun'en In Ruhezustand, gedreht. Aus
der Richtung
der Winkelhal Ie.xenden fallen die Magnetisieruugen
dann
nach den Ende ydaz lmpuläes in die .jeweils nächetliegende
Richturig der. ichten Achse zurück. Diaenetisierungen in
den
gle positiv 8 enommenen Richtungen dir leichten
- Achsen sein
die blnhrä 't 1 : 33ie dazu uwgativen Rlc@,tungen stellen
dann
die biniie u0 dar.
Zum zerotöru freien Auslonen dtr so jeepeIcherten Inforr-
ma%ion spcint Amen zwei -COin$tdente PC pttive StxonimpUlee
#h
die sich am abzufragenden Ort kreuzenden Leiter ein. Ihre Amplitude
wird so groß gel7ählt, daß die Schichten noch nicht durch kohärente Drehungen geschaltet,
wohl aber die augenblicklichen I:iagnetisierüngsrichtungen etwas aus der Richtung
der-leichten Achsen herausgedreht werden können. Je nach eingespeicherter "1" oder
"0" wird bei einem solchen Lesevorgang der Winkel zwischen den Magnetisierungen
vorübergehend verkleinert oder vergrößert. Der Viinkel zwischen den leichten Achsen
und das Maß der Drehungen sind aber erfindungsgemäß so gewählt, daß die beim hier
beschriebenen Leseprozeß auftretende Winkelvei,ind-eruiig bei eingespeicherter "1"
zu einem de Gennes-Übergang in der Leitungsbahn, bei eingespeicherter "0" dagegen
zu keinem Übergang führt. Dieser iwergang, d.h. die Normalleitung, ist in dem Stromkreis
mit der Leitungsbahn als elektrischer Impuls bemerkbar. Entsprechend einer anderen
erfindungsgemäßen Methode zum Einschreiben binärer Information wird durch den einen
Leiter ein solcher Stromimpuls geschickt, der einen als positiv angenommenen Magnetfeldimpuls
in der diesem Leiter zugehörigen Schicht wirken läßt. In dem anderen, dazu krev.zweise
verlaufenden Leiter wird -je nach Information, d.h. binärer "0" oder "1t1, ein solcher
Impuls eingespeichert, der ein als positiv@oder.alä negativ bezeichnet, gerichtetes
Magnetfeld in der anderen Schicht-wirksam werden läßt. Die Magnetisierung der durch
diceeri Schreibimpuls gesteuerten Schicht ist danach in jener:pofitiven oder negativen
Richtung ausgerichtet. Zum zerstörungsfreien Auslesen wird nun durch den hier letztgenannten
Leiter ein solcher Impuls geschickt, der die beim Schreiben stets 3n gleichble'iberider
Richtung magnetisierte Schicht um einen äusr&ichend großen Winkel im positiven
oder negativen Sinne dreht, aber noch kein Umschalten der Magnetisierung in der
anderen Schicht bewirken kann. Diese Drehung der Mag netislierung führt dann je
nach gespeicherter Ausrichtung der Magnetisierung in der anderen Schicht zu einer
Vergrößerung oder Verkleinerung dep augenblicklichen Winkels
zwischen
den Magnetisierungen der Schichten. Die Verkleinerung ist erfindungsgemäß so groß
zu bemessen, daß es zu einem Übergang in die Normalleitung kommt. Eine Drehung in
der anderen Richtung läßt den Winkel größer werden, so daß kein Übergang eintritt.
Das zuletzt beschriebene Schreib- und Leseverfahren eignet sich besonders zum simultanen
Auslesen bei einem vrortorganisierten Speicher, pro alle gespeicherten Bits einer
Zeile oder einer Spalte der 14iatrix gleichzeitig abgefragt werden. Das an erster
Stelle beschriebene Verfahren des Einschreibens und Auslesens ist vorzugsweise für.bit-organisierte
Speicher geeignet. Ein großer technischer Vorteil dererfindungsgemäßen Speicheranordnung
ist, daß die ferromagnetischen Schichten hier durehvregs sehr dünn sein können,
so daß das stets gefürchtete Wandkriechen und andere bei-dickeren ferromagnetischen
Schichten beobachtete Störeffekte rieitgehend vermieden vrerden können. Eine andere
Vreiterbildung der Erfindung ist die Ausbildung und/oder Anvrendung eines elektrischen
Bauelementes nach dem Prinzip der Erfindung zur Durchführung logischer Verknüpfungen.
Einzelheiten für diese Weiterbildung vierden dem einfachen Verständnis halber anhand
der Beschreibungen zu den weiteren Figuren 4 bis 12 für eine Anzahl von Beispielen
von Schaltelementen für verschiedene logische Verküpfungen erläutert. Dazu sei darauf
hingewiesen, daß insbesondere die angegebenen, jeweils angenommenen Magnetisierungsrichtungen
als Beispiele zu verstehen sind. Für die Funktion der "Konjunktion" kann ein-; wie
in den Figuren 2 und 3 dargestelltes, Bauelement verwendet vier-. den. .
Wie
die Figur 4 andeutet, sollen die Magnetisierungen M1 und 112 der Schichten 21 und
22 einen Winkel wesentlich größer als der kritische Winkel 9G, insbesondere einen
rechten Winkel miteinander einschließen. Im Falle des Stromflusses durch nur eine
der Leitungen 27 oder 28 kommt es zu den gestrichelt angedeuteten Magnetisierungsrichtungen
P:21' oder P12'. Fließen jedoch entsprechend bemessene Ströme koinzident durch beide
Leiter 27 und 28, so wird in beiden Schichten die angenommene Verdrehung in die
Richtungen M1 ' und M2' bewirkt. Die, Richtungen schließen dann einen Winkel niteinander
ein, der erfindungsgemäß kleiner als der kritische Winkel 8G ist. Die koinzidenten
Stromflüsse bewirken also, daß die supraleitende Schicht 23 im Bereich 29 in die
Normalleitung übergeht, und daß somit im Stromkreis von 23 ein Signal auftritt.
Ein Stromfluß in nur einen Leiter oder ausbleibender Stromfluß führt, wie im Falle
der Speicherzelle, dagegen zu keinem Signal, was der Funktion der "Konjunktion"
entspricht. Die logische Verknüpfung der "Negation" kann mit einer Anordnung nach
Fig. 1 ausgeführt vzerden. Die Magnetisierungs-Dichtungen der Schichten sind hierfür
jedoch- angenommener-:-reise so ausgerichtet, wie dies Fig. 5 zeigt. P11 und 1,i2
schließen einen Winkel kleiner als AG ein. Ein entsprechend bemessener Stro±fluß
durch den Leiter 7 soll auf die Magnetisierungen derart i1irken, daß P:11 in die
Richtung 141 ' gedreht wird und 1,I2 in seiner ursprünglichen Richtung verbleibt,
d.h. nicht in die Gegenrichtung umklappt. Die Drehung von P11 soll derart groß sein,
daß der Winkel zwischen M2 und I11 größer als 8G ist. Bei dieser Anordnung tritt
ein Signal im Kreis des Supraleiters 21 dann auf, wenn kein Strom durch 25 fließt,
wohingegen bei Stromfluß kein Signal an 23 auftritt. Die Funktion der "Disjunktion",
bei der ein Signal auftreten soll, wenn ein Strom durch entweder einen Leiter oder
dinen anderen Leiter fließt, kann mit einer Anordnung nach Fig. 6 ausgeführt werden.
Im Grunde genommen enthält Fig. 6 zwei,
bezüglich des Supraleiters.23 hinterenandergeschaltete Ble-
r.:ente,. wie sie in Grunde genommen; in den I#'iguien'1@7
und. 3, an--,
gegeben sind. Die einander:entsprechenaen Teile der nadnge-_
schalteten Anordnung sind mit den Bezugszecher 121,122 und;
107 bezeichnet.. Die 1,Isghetisz:erungezi. der Schichtken 21,
22'
und 121 und 122 sind angeüommcnen-ieise entsprechend
dem Fall
der Konjunktion" crie izi Fig: 7 dargestellt, ausgerichtet.
min entsprechend bemessener Stromfluß durch. einender Leiter
7
oder 107 dreht die I1agnet;isierungen> ?:I1 ,. bzw.
il 1 in die dich-
tungen 1.I1 , bzw., 1.111., Der von 1.1,11 und
?,i2, bzw: 1l2 und. I12'`
eingeschlossene Winkel;: ist: jeweils kleiner als 8C*.
Ein: Strom-
fluß durch eine der Leitungen 7 oder 107,. oder durch., heida
Zeitungen erzeugt, stets ein Signal an 23..
Die sogenanntc "ShefferfUnktion",, bei der denn uni, nur dahw,
kein Signal. auftreten: ao:T,vrenn. in, zviei?,i,tern"" k.oinzidentwsr-
Stramfluß. varli;egt::,, läßt, slnh". mit einer Anordnung,,
wie: az;,
in, rig... 6 darge$t,el.lt :#gt,,. realisieren-., Jedoch sind:
her, U@
Lagnetiserungen dir Snhlchtgna 21" 22 und', 121:,: 122 z..-B'».
zue-
einander vife im palleder,< »r.gatictn., auagerichtet. Diese,
Ach--:
ri,chtung; zeigt. Fige, a#4. I im Ruhegue.°tandvon:
M1, und 1@,. wr.@t,
und.:2 eingssnh:oasenen.. 19dnkelx ai.ndkleiner., a:'s der:
Irt:-.
sehe Winkel.. hur in. dew Pa,. in; dem. sowohl, durch, 7:.
alß' aun
durch 1077 ein entspra.chipnd:: groß beweseeher Strom, fllsgt"
vier-
den:: in beiden, Schlchtpren, die eingeschloneanen;1YInkeI#
gr4#-e@
als. der.. krit,isehe:,. Wkel,;.daß, die im@. RUheza#tand:
im. supx
nanh, der 1xtiu@ta: ^#n#::,4v Z,#eaabar x.h@ d's.
f nw 1T,x 21.- un4@ 3': dn.s.'1=,x,."t. aind¢ 2:3 @1r..c@ildt:
arte: P.aa;s.k
vtan=. Silb4tttquni> 22't$;212,, ei, dchpe@ d:,
so daß das resultierende Magnetfeld in ihnen fließender, gleichgroßcr
koinzidenter Ströme sich in 23 im wesentlichen aufhebt. Die Stromflüsse der zu verknüpfenden
Informationen durch die Leiter 7 und 207 fließen aber, wie die Pfeile andeuten,
in antiparalleler Richtung. Fig. 10 zeigt ein Beiopiel für die Magnetisierungen
in den Schichten 21;22 und 221;222. Ein entsprechend bemessener Stromfluß durch
den Leiter 7 dreht die Magnetisierung M1 in die Richtung LI1' und die Magnetisierung
21 in die Richtung 21 ' . Dabei wird wegen des Unterschreiteno des kritischen Winkels
zwischen M1' und M2 ein Übergang in die Normalleitung bewirkt. Im Bereich der Schichten
221, 222 herrscht weiterhin Supraleitung, da der Winkel zwischen M2 und 21 1 größer
als ß0 bleibt. Auch hier ist darauf zu achten, daß die Stromflüsse kein Umschalten
der Magnetisierungen in den einzelnen Schichten mit absichtlich unveränderter Magnetisierung
M2 und 22 bewirken. Der gleichgroßc, entgegengesetzt gerichtete Stromfluß durch
den Leiter 207 bewirkt z.B. eine Drehung von M1 in die Richtung M1" und von I21
in die Richtung 21". In diesem Falle wird ;?3 im Bereich der Schichten 221, 222
normalleitend und bleibt supraleitend im Bereich der Schichten 21 und 22. Entsprechend
der Pierce-Funktion entsteht im Kreis des Supraleiters 23 stets dann ein Signal,
wenn in einer der beiden Leitungen 7, 207 ein Stromfluß vorliekt. Es entsteht aber
kein Signal, wenn in keinem oder in beiden Leitern gleichzeitig ein antiparalleler
Strom fließt. Eine ebenfalls ,ganz schematische Darstellung eines A.usführungsbeispieles
für die Funktiön der "Äquivalenz" zeigt die Figur 11. Der streifenförmige Supraleiter
23 verläuft hier zwischen drei Paaren von magnetischen Schichten 21, 22;121, 122
und 321, 322. Im Bereich der Schichten 21, 22 und 121,122 verlaufen die Leiter derart
benachbart, bzw. übereinanderliegend, daß die magnetischen Wirkungen in ihnen fließender
Ströme etwä am gleichen Ort dieser Schichten auftreten. Im Bereich der Schichten
321, 322 jedoch verlaufen 7 und 307 kreuzweise zueinander, vorzugsweise mit einem
Kreuzungswinkel von 90o. Der
Kreuzungspunkt fällt dabei im wesentlichen
in den Bereich der Zeitungsbahn 23. Fig. 12 gibt ein Beispiel für Magnetisierungen
für ein Ausführungsbeispiel nach.Fig..11. Die I.Iagnetisierungen in den Schichten
21 und 22'und 121 und 122 sind entsprechend denen beim Ausführungsbeispiel zur Shefferfunktion.
Ein Stromfluß durch einen der heiter vergrößert den Winkel auf Werte größer als
es dem kritischen Winkel entspricht. Die Magnetiyierungen fl' der Schichten 321,
322 sind so ausgerichtet, daß, wie im Falle der Konjunktion, erst ein koinzidenter
Stromfluß durch 7 und 307 eine Verringerung des Winkels zwischen den Magnetisierungen
1' und f.121 unter den Wert des kritischen Winkels bewirkt. Im Falle der Äquivalenz
tritt ein Signal an 23 in den Fällen auf, in denen entweder kein Strom fließt oder
ein koinzidenter Strom fließt. Durch sinngemäße Kombination der angegebenen Elemente
können noch weitere Funktionen durch logische Verknüpfungen nach der Erfindung angegeben
werden:For a ferromagnetic vapor deposition layer, the anisotropy can in many cases already be enforced during the production of the layer, e.g. by vapor deposition in an external magnetic field. F, ine special, embodiment of the invention goes as follows, one, -
for various reasons, isotropic layer. a.per-
Manent magnetized additional layer to be assigned in such a way that
the shift at least for the purpose intended here
appears sufficiently anisotropic. ;,
Fig. 1 shows in sphemati "shear, representation -an execution->,
shape of an electrical component - according to; the invention. ";,
At 23, the conductor track is made of superconductive material
designated. It is located in the Ivorian two, zD real.- ,. .:.
angular or circular; ferromagne-tic layers 21
and 22, which, for the sake of better understanding,
are shown offset from one another. With Vist an electric
shear conductor, which is so arranged that the,.
I: agnetfeld one. opposite the current flowing through it
a change to the idle state, which occurs in the layer level, 2ie- ,. ,; -r
genden -P4agnetizations at least one d: ex .: layers of-: "..- t
art causes .that a change in the angle between the:. w
Magnetization occurs. The change in the .angle should,.
be such that exceeding or falling below the
critical angle. 8 @. entrance, so. that in. the. Line 23,
etira. ; in the hatched, shown outer: .ch 29, ',: en, @ `ber-
walk to de Gennea. from the normal line, iM: de "gupraler,
do, or vice versa. -A: such, Uberpng: mach: t. ; 3
sicä @ n. the line 23; als.-Ändei@ung. der @.: _ e, ktri.schen
Resistance noticeable; -and, .kenn in corresponding ;; # Ve, .ige; -est--
are provided and evaluated. , ...,.
If necessary, electrical insulation is provided between the conductor 7 and the layer immediately adjacent to it. The orientation of the conductor 7, possibly also the direction of current through this conductor and the directions of magnetization in the layers are inherently freely variable in relation to the newspaper web 23, but they are all dependent on one another. The layers are extended as is necessary and expedient for the current-controlled switching of the area 29 in FIG. 21 according to the invention. The layers are preferably strip-shaped in such a way that they are essentially completely covered by the effective magnetic field of the current flowing in the conductor. In particular, it is ensured, for example by means of an intermediate layer, that no disruptive magnetic coupling between the layers occurs even in the areas in which the layers are no longer separated from one another by the material of the conduction path. In particular, the conductor or conductors are made of a superconducting material that remains superconducting even during operation. Still further details of the invention emerge from the description of the figures of a further preferred exemplary embodiment, in particular for the use of the component according to the invention in a new memory arrangement. FIG. 2 schematically shows the top view and FIG. 3 shows a cross section of a component suitable as a memory cell of a memory arrangement. 24, F25 and 26 are electrically insulating layers. 27 and 28 are zendyj against each other insulated electrical conductors here
form a right-angled axis cross with each other. The sharp
The fused area again indicates the orb through which
corresponding coincident current flows through the conductors 27
unc3_ :: r "';: t- 28 as a result of changes in the
directions in 21 and 22 switching to 23 causes animal genes
can. 30 is a particularly superconducting carrier,
preferably also as an electrical return line
u: zd / or is used as a magnetic shield.
In the arrangement according to the invention fourth in the. ferro-
ßagne tika, here in strips 21 and 22, certain 1st Ia-
enetization states are saved, which are then processed by the
respectively superconducting or normally conducting state of
% eitungßba hn 23 recognizes: can be.
A number of such elements can
Formation of the invention, preferably in the ar- :: a
iiätrix arranged, to a storage arrangement with cross-
wise running ladders of the activation matrix -usanmen-
switched to earth:
The writing and reading of binCH: rer information
one, according to the development of the invention, SFeicheran--
Ordering can be done in several ways:
Registered mail can be carried out in the Voise,
, .. ate two coincident positive or negative current impulses
entered into the ladder fourth. Through the appropriate
magnetic 2-field impulses are the directions of the biagne =,
tation of each of the two ferromagnetics temporarily
in the correctness of the resulting field strength, that is et-
: ra in the direction of the bisector, between the
.agnotisierun'en At rest, rotated. From that direction
At the angle of the end the magnetizations then drop
after the end of the impulses to the next one
Right that. back axis. Diaenetizations in the
The same positive 8 directions en you light - be axes
the flow rate 1: 33ie then provide the uw gative Rlc @, services
the biniie u0 represents.
To the zero-free Auslonen dtr so jeeped information
ma% ion spcint Amen two -COin $ tdente PC pttive StxonimpUlee #h
the ladder crossing at the location to be queried. Their amplitude is calculated to be so great that the layers cannot yet be switched by coherent rotations, but the instantaneous directions of magnetization can be rotated somewhat out of the direction of the easy axes. Depending on the stored "1" or "0", the angle between the magnetizations is temporarily reduced or increased during such a reading process. The angle between the easy axes and the degree of rotation are selected according to the invention so that the angle values occurring in the reading process described here, ind-eruiig with stored "1" to a de Gennes transition in the conduction path, with stored "0" on the other hand does not lead to a transition. This transition, ie normal conduction, is noticeable in the circuit with the conduction path as an electrical impulse. According to another method according to the invention for writing binary information, such a current pulse is sent through one conductor, which allows a magnetic field pulse which is assumed to be positive to act in the layer associated with this conductor. Depending on the information, ie binary "0" or "1t1", a pulse is stored in the other conductor, which runs in a cross direction for this purpose, and a magnetic field directed as positive or negative, becomes effective in the other layer The magnetization of the layer controlled by the write pulse is then aligned in that positive or negative direction Rotates an extremely large angle in the positive or negative sense, but cannot yet switch the magnetization in the other layer. This rotation of the magnetization then leads, depending on the stored orientation of the magnetization in the other layer, to an increase or decrease in the current angle between the Magnetizations of the layers The reduction i st according to the invention to be dimensioned so large that there is a transition to the normal line. Rotation in the other direction increases the angle so that no transition occurs. The last-described writing and reading process is particularly suitable for simultaneous reading in a memory organized in advance, for each of which all stored bits of a row or column of the matrix are queried at the same time. The method of writing in and reading out described in the first place is preferably suitable for .bit-organized memories. A great technical advantage of the memory arrangement according to the invention is that the ferromagnetic layers can be very thin here, so that the wall creep, which is always feared, and other disruptive effects observed with thicker ferromagnetic layers can be avoided. Another development of the invention is the formation and / or use of an electrical component according to the principle of the invention for the implementation of logical operations. For the sake of easy understanding, details for this development are explained with reference to the descriptions relating to the further FIGS. 4 to 12 for a number of examples of switching elements for various logical connections. In this regard, it should be pointed out that, in particular, the indicated directions of magnetization assumed in each case are to be understood as examples. For the function of the "conjunction" one can; As shown in Figures 2 and 3, the component uses four. the. . As FIG. 4 indicates, the magnetizations M1 and 112 of the layers 21 and 22 should enclose an angle substantially larger than the critical angle 9G, in particular a right angle with one another. In the case of the current flow through only one of the lines 27 or 28, the magnetization directions P: 21 'or P12' indicated by dashed lines occur. However, if correspondingly dimensioned currents flow coincidentally through both conductors 27 and 28, the assumed rotation in the directions M1 'and M2' is effected in both layers. The directions then enclose an angle with one another which, according to the invention, is smaller than the critical angle 8G. The coincident current flows thus have the effect that the superconducting layer 23 changes over to normal conduction in the region 29, and that a signal thus occurs in the circuit of 23. A current flow in only one conductor or a lack of current flow does not lead, as in the case of the memory cell, to any signal, which corresponds to the function of the "conjunction". The logical combination of the "negation" can be carried out with an arrangement according to FIG. The magnetization seals of the layers are, however, assumed for this purpose: travel oriented as shown in FIG. 5. P11 and 1, i2 enclose an angle smaller than AG. A correspondingly measured current through the conductor 7 should act on the magnetizations in such a way that P: 11 is rotated in the direction 141 'and 1, I2 remains in its original direction, ie does not flip over in the opposite direction. The rotation of P11 should be so great that the angle between M2 and I11 is greater than 8G. With this arrangement, a signal occurs in the circuit of the superconductor 21 when no current flows through 25, whereas no signal occurs at 23 when current flows. The function of "disjunction", in which a signal is to appear when a current flows through either one conductor or the other conductor, can be carried out with an arrangement according to FIG. Basically, Fig. 6 contains two, with regard to the superconductor. 23 back-to-back lead
pension,. like them basically; in the I # 'iguien'1 @ 7 and. 3, an--,
given are. The mutually: corresponding parts of the nadnge-_
switched arrangement are with the reference numerals 121, 122 and;
107 denotes .. The 1, Isghetisz: erungezi. of the layers 21, 22 '
and 121 and 122 are appropriate according to the case
the conjunction "crie izi Fig: 7 shown, aligned.
min correspondingly dimensioned current flow through. unifying conductor 7
or 107 rotates the magnet; izations>?: I1,. or il 1 in the you-
functions 1.I1, or, 1.111., the one from 1.1,11 and?, i2, or: 1l2 and. I12 ''
included angles ;: is: each less than 8 C *. A stream-
flow through one of the lines 7 or 107 ,. or through., heida
Newspapers generated, always a signal to 23 ..
The so-called "Sheffer function", with the uni, just dahw,
no signal. occur: ao: T, vrenn. in, zviei?, i, tern "" k.oinzidentwsr-
Stram river. varli; egt :: ,, lets, slnh ". with an arrangement ,, like: az ;,
in, rig ... 6 shown $ t, el.lt: #gt ,,. realize-., However: her, U @
Lagnetiserungen dir Snhlchtgna 21 "22 and ', 121:,: 122 z ..- B'». Zue-
each other vife in the palleder, <»r.gatictn., arranged. This, oh--:
direction; shows. Fig, a # 4. I am at rest: M1, and 1 @ ,. wr. @ t,
und.:2 eingssnh: oasenen .. 19dnkelx ai.ndkleiner., a: 's der: Irt: -.
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vtan =. Silb4tttquni>22't$; 212 ,, ei, dchpe @ d :,
so that the resulting magnetic field of equally large coincident currents flowing in them is essentially canceled out in 23. The current flows of the information to be linked through the conductors 7 and 207, however, as the arrows indicate, flow in an anti-parallel direction. 10 shows an example for the magnetizations in layers 21; 22 and 221; 222. A correspondingly dimensioned current flow through the conductor 7 rotates the magnetization M1 in the direction LI1 'and the magnetization 21 in the direction 21'. In this case, a transition to normal conduction is effected because the critical angle between M1 'and M2 is not reached. In the area of the layers 221, 222 there is still superconductivity, since the angle between M2 and 21 1 remains greater than β0. Here, too, it must be ensured that the current flows do not cause the magnetizations to switch in the individual layers with the magnetization M2 and 22 intentionally unchanged. The equally large, oppositely directed current flow through the conductor 207 causes, for example, a rotation of M1 in the direction of M1 "and of I21 in the direction of 21". In this case;? 3 becomes normally conductive in the area of the layers 221, 222 and remains superconducting in the area of the layers 21 and 22. According to the Pierce function, a signal always arises in the circuit of the superconductor 23 when in one of the two lines 7, 207 there is a current flow. However, there is no signal if an anti-parallel current flows in neither or in both conductors at the same time. A likewise very schematic representation of an exemplary embodiment for the function of "equivalence" is shown in FIG. 11. The strip-shaped superconductor 23 runs here between three pairs of magnetic layers 21, 22; 121, 122 and 321, 322. In the area of the layers 21, 22 and 121, 122, the conductors run adjacent or on top of one another in such a way that the magnetic effects of currents flowing in them occur at roughly the same location of these layers. In the area of the layers 321, 322, however, 7 and 307 run crosswise to one another, preferably at a crossing angle of 90 °. The point of intersection falls essentially in the area of the newspaper web 23. FIG. 12 gives an example of magnetizations for an exemplary embodiment according to FIG. 11. The magnetizations in layers 21 and 22 'and 121 and 122 are similar to those in the exemplary embodiment for the Sheffer function. A current flow through one of the cheerful increases the angle to values greater than it corresponds to the critical angle. The magnetizations fl 'of the layers 321, 322 are aligned so that, as in the case of conjunction, only a coincident current flow through 7 and 307 causes the angle between the magnetizations 1' and f.121 to be reduced below the value of the critical angle. In the case of equivalence, a signal occurs at 23 in those cases in which either no current flows or a coincident current flows. By analogous combination of the specified elements, further functions can be specified by logical links according to the invention: