DE1774058C3 - Zerstörungsfrei auslesbarer ruhender Magnetschichtspeicher - Google Patents

Description

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* un!i düS Schichten sind hier, im Gegensatz α Wirken Schichten der Aufzeichnungsträger von zu den dicken bcnicnie Magnetplatten,

»sehr dünne. Schichten oder »Filme« enthalten sind, ist deren Dicke noch um wenigstens eine Großenord-

^kJS weisen die

msbesondere bekannt, die Binärzeuhen dadurch aufzuShnen, daß die rechteckige Hysteresisschleife Xm der Achse leichter Magnetisierbarkeit in der dnen oder der anderen Richtung verschoben wird. Esfstauch bekannt, ein zerstörungsfreies Ablesen des Inhats solcher Speicher entweder durch Ausnutzung mgneto-o_PLhen Kerr-Effekts vorzunehmen, difrch eine teilweise Drehung der Magnetisievektoren von ausgewählten Speicherpunkten um eSwSdvon weniger als 90°, so daß der Ma-Sierungsvektor nach dem Aufhören der Erregung gSderwrhergehenden Orientierung in die Riehtuna der leichten Magnetisierungsachse zurückfallt. Derartige Leseverfahren werden nachstehend »zerstörungsfreies Ablesen« genannt.

Se Erfindung befaßt sich insbesondere mit Magnet chTchtspeichern dieser Art die als Festwertspeicher betrieben werden, also mit Speichern, die im Betrieb nicht mit Einschreibeinnchtungen ausgestattet nd deren Inhalt aber durch außerhalb des Speichers befindliche Einschreibeinrichtungen bei Bedarf gear, dert werden kann. Vom Standpunkt der Verwendung aus handelt es sich also um sogenannte »read onl> memories«.

Bei den ruhenden Magnetschichtspeichern dieser rt bestehen, im Gegensatz zu den Magnetspeichern it dicken Schichten auf beweglichen Aufzeichnungsägern die beiden nachstehen·! angegebenen Haupt- :hwierigkeiten:

a) Die Erscheinung der Bloch-Wand-Bewegungen: Unter der wiederholten Einwirkung von Magüetfeldern auf einen Speicherpunkt (und zwar sowohl von äußeren Störfeldern als auch von Magnetfeldern, die sich aus dem Betrieb des Speichers ergeben, wie Entmagnetisierungsfeldern benachbarter Speicherpunkte, vorübergehenden Feldern bei der Koinzidenzansteuerung von Informationen usw.) verändert sich der Magnetisierungszustand des Speicherpunktes langsam infolge einer Verschiebung der Wände zwischen den Magnerisierungsbereichen, wodurch eine gewisse Verschlechterung der im Speicher aufgezeichneten Information eintritt. Diese Erscheinung ist besonders bei Festwertspeichern nachteilig, bei denen die Information nicht bei jedem Lesen erneuert oder von Zeit zu Zeit »aufgefrischt« wird.

b) Die unzureichende Größe der Koerzitivfeldstärke bekannter anisotroper ferromagnetischer Materialien: Diese Erscheinung begünstigt einerseits die Neigung zu Bloch-Wand -Bewegungen und verhindert andererseits die Erzielung einer großen Informationsdichte, denn das von einem Speicherpunkt ausgehende Entmagnetisierungsfeld muß kleiner als die Koerzitivfeldstärke des Materials sein. Nun ist aber bekanntlich das Entmagnetisierungsfeld in erster Annäherung proportional zu der Länge des Speicherpunktes in der Richtung der leichten Achse und umgekehrt proportional zu der Dicke der Schicht: somit können nur verhältnismäßig große Speicherpunkte als einigermaßen stabil angesehen werden.

In dem Aufsatz »Magneto-Optic Computer Memory-Element« in der Zeitschrift »The elektronic Engineer«, vol. 25,No. 12, Dezember 1966, Seite 23 ist ein Festwertspeicher beschrieben, der aus einer Schicht vun ferrimagnetischen Granatkristallen gebildet ist. Bekanntlich hat eine ferrimagnetische Substanz, im Gegensatz zu einer ferromagnetischen Substanz, nur bei einer einzigen Temperatur, nämlich der sogenannten »Kompensationstemperatur« eine stabile kristalline Struktur, während sie diese Stabilität bei einer Abweichung in der einen oder der anderen Richtung von diesem Kompensationswert sofort verliert. Ein Speicher, dessen Temperatur sehr genau auf einen konstanten Wert geregelt werden muß, ist jedoch in der Praxis wenig brauchbar. Das Einschreiben in diesen bekannten Speicher erfolgt auf magnetothermischem Wege, doch kann das Lesen nur auf optischem Wege erfolgen.

In dem Aufsatz »Magneto-Optical Variable Memory based upon the Properties of a Transparent Fei rimagnetic Garnet at its Compensation Temperature« von J. T. Chang usw. in der Zeitschrift »Journal of Applied Physics« vol. 36, No. 3, Teil 2, März 1965 ist ein weiterer wichtiger Nachteil der Magnetschichtspeicher aus Granatkristallen angegeben: zur Verringerung der thermischen und magnetischen Wechselwirkungen zwischen den Speicherzellen müssen Barrieren ausgebildet werden. Bei einem Granatkristall-Magnetschichtspeicher kann also eine echte magnetische Stabilität nur auf Kosten einer Verringerung der Speicherdichte infolge der Ausbildung solcher Barrieren erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

S zerstörungsfrei auslesbaren ruhenden Magnetschichtspeicher der eingangs angegebenen Art zur Verwendung als Festwertspeicher zu schaffen, der beliebig oft auslesbar ist und dabei vollkommen gegen die Auswirkungen der Wandverschiebungen und äußerer Entmagnetisierungsfelder geschützt ist, ohne daß er den Einschränkungen der Speicher mit Granatkristallen unterworfen ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Magnetschichtstruktur aus einer dünnen Schicht aus einem antiferromagnetischen Material besteht, dessen Neel-Temperatur oberhalb der normalen Lesebetriebstemperatur des Speichers liegt, daß die antifcrromagnetische Schicht wenigstens an den einem bestimmten Binärzeichen zugeordneten

ao Speicherpunkten in enger Austauschkopplung mit der anisotropen ferromagnetischen Speicherschicht steht, und daß die Binärzeichen aut magnetothermischem Wege in die Magnetschichtstruktur einschreibbar sind.

»5 Die erfindungsgemäße Ausbildung des Magnetschichtspeichers ergibt die Wirkung, daß der Magnetisierungszustand der anisotropen Speicherschicht nach dem Einschreiben der Information durch die enge Austauschkopplung mit einer antiferromagnetischen Schicht wenigstens an den Stellen, an denen bestimmte Binärzeichen gespeichert sind, »blockiert« wird. Hinsichtlich der Betriebstemperatur für einen solchen Speicher bestehen keine Einschränkungen, vorausgesetzt, daß das Material der antiferromagnetisehen Schicht so gewählt ist, daß die Betriebstemperatur beim Lesen stets unter der Neel-Temperatur liegt. Ferner ist eine vollkommene Stabilität der gespeicherten Information gewährleistet, so daß die Mangel der klassischen Magnetschichtspeicher mit dünnen ferromagnetischen Schichten und auch die Mangel der Magnetschichtspeicher mit ferrimagnetischen Kristallen beseitigt sind. Infolge der erzielten magnetischen Stabilität besteht auch keine Beschränkung hinsichtlich der erzielbaren Speicherdichte.

Selbst wenn die antiferromagnetische Schicht über ihre ganze Ausdehnung in enger Austauschkopplung mit der ferromagnetischen Schicht steht, kann ein solcher Speicher jederzeit auf optischem Wege abgelesen werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ermöglichen aber auch ein Ablesen in der bei ruhenden Magnetschichtspeichern bevorzugten Weise durch vorübergehende Ummagnetisierung mit Hilfe von Strömen, die durch bestimmte Leiter von sich kreuzenden Leiternetzen geschickt werden, die der Magnetschichtstruktur zugeordnet sind.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des Magnetschichtspeichers nach der Erfindung geschieht dies dadurch, daß zum Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei Necze von zueinander senkrechten Leitern auf die Speicherebene aufgebracht sind, und daß die antiferromagnetische Schicht in direktem Kontakt mit der ferromagnetischen Schicht steht, an allen Stellen, die der Speicherung eines bestimmten Binärzeichens

dienen und an denen die ferromagnetische Schicht gesättigt ist, von dieser entkoppelt ist und nur an allen übrigen Stellen in enger Austauschkopplung mit der ferromagnetischen Schicht steht.

Bei dieser Ausführungsform können die beiden Binärzeichen beim Ablesen dadurch unterschieden werden, daß bei dem einen Binärzeichen (z.B. dem Binärzeichen 1) ein Drehen des Magnetisierungsvektors möglich ist und somit ein Ausgangssignal erhalten wird, während bei dem anderen Binärzeichen (also dem Binärzeichen 0) ein Drehen des Magnetisierungsvektors durch die Blockierung verhindert wird.

Eine zweite Ausführungsform des Magnetschichtspeichers nach der Erfindung besteht darin, daß zum Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei Netze von zueinander senkrechten Leitern auf die Speicherebene aufgebracht sind, daß die antiferromagnetische Schicht in direktem Kontakt und in enger Austauschkopplung mit der ferromagnetischen Schicht steht, und daß eine zweite ferromagnetische Schicht mit der ersten Schicht über eine dazwischen eingefügte, sehr dünne Schicht aus einem nichtmagnetischen Material gekoppelt ist.

Bei dieser Ausführungsform ist es durch Anlegen von Wählströmen möglich, die gespeicherte Information durch Drehung des Magnetisierungsvektors der zweiten ferromagnetischen Schicht um 90° in der üblichen Weise zu lesen; nach dem Abschalten der Ströme fällt der Magnetisierungsvektor der zweiten ferromagnetischen Schicht wieder in die durch den Magnetisierungszustand der »blockierten« ferromagnetischen Schicht bestimmte Richtung zurück.

Schließlich besteht eine dritte Ausführungsform des Magnetschichtspeichers nach der Erfindung darin, daß zum Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei Netze von zueinander senkrechten Leitern auf die Speicherebene aufgebracht sind, und daß eine sehr dünne Schicht aus einem nichtmagnetischen Material zwischen die antiferromagnetische Schicht und die ferromagnetische Schicht eingefügt ist, um die Austauschkopplung zwischen diesen beiden Schichten auf einen Grad herabzusetzen, der eine gewisse Freiheit der Drehung der Magnetisierungsvektoren der ferromagnetischen Schicht unter der Einwirkung der nach Bedarf in den Leiternetzen erzeugten Auswahlfelder ermöglicht.

Bei dieser Ausführungsform ermöglicht die sehr dünne Schicht im Ruhezustand das Blockieren des Magnetisierungszustandes der ferromagnetischen Speicherschicht durch die antiferromagnetische Schicht, sie läßt aber dem Magnetisierungsvektor der ferromagnetischen Speicherschicht einen gewissen Freiheitsgrad, der für das Lesen der Information mit Hilfe von angelegten Strömen ausreicht; nach dem Abschalten der Ströme bringt der starre Magnetisierungszustand der antiferromagnetischen Schicht den Magnetisierungsvektor der ferromagnetischen Speicherschicht wieder in die »blockierte« Richtung zurück.

In diesem Zusammenhang ist noch zu erwähnen, daß die Verwendung von sehr dünnen nichtmagnetischen Zwischenschichten in Magnetschichtstrukturen von ruhenden Magnetschichtspeichern aus der FR-PS 1383012 an sich bekannt ist; diese bekannten nichtmagnetischen Zwischenschichten, die beispielsweise aus Silber, Indium, Chrom, Mangan, Palladium oder Platin bestehen, dienen dabei zur Erzielung einer begrenzten magnetischen Kopplung zwischen zwei anisotropen ferromagnetischen Schichten, ohne daß jedoch eine antiferromagnetische Schicht vorgesehen ist.

An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 bei (α) eine Hystereseschleife in der normalen Vorzugsrichtung der Magnetisierung einer Schicht oder einer Anordnung aus dünnen magnetischen Schichten, bei (b) eine solche, nach links verschobene Hystereseschleife und bei (c) eine solche, nach rechts verschobene Hystereseschleife,

Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsformen von Speicheranordnungen mit dünnen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten und einaxialer Anisotropie,

Fig. 4 eine Ausführungsform einer solchen Anordnung, welche durch eine zweite ferromagnetische Schicht vervollständigt ist, die an derjenigen der beispielsweise in Form des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2 zugrunde gelegten Anordnung befestigt ist, Fig. 5 die Verteilung der magnetischen Momente in einer ferromagnetischen Schicht mit einaxialer Anisotropie,

*o Fig. 6 die Verteilung der magnetischen Momente in einer antiferromagnetischen Schicht mit einaxialer Anisotropie,

Fig. 7 und 8 die Verteilungen der magnetischen Momente in zwei gekoppelten Schichten, welche aus

»5 einer ferromagnetischen und einer antiferromagnetischen Schicht mit einaxialer Anisotropie bestehen, wobei die dargestellte Orientierung in der ferromagnetischen Schicht für die Zeitpunkte gilt, in welchen in den Speicher geschrieben wird, Fig. 9 eine Ausführungsform eines halbpermanenten Speichers mit Netzen von Leseleitungen, wobei der senkrechte Schnitt (α) bei (ö) durch einen Teilschnitt eines vorübergehenden Zustandes der magnetischen Anordnung im Verlauf ihrer Herstellung vervollständigt ist,

Fig. 10 und 11 zwei mögliche Lesearien mit einem Speicher, welcher Netze von Leseleitungen aufweist, Fig. 12 eine andere Ausführungsform eines halbpermanenten Speichers zum Lesen durch optisch-

elektronische Abtastung,

Fig. 13 und 14 eine erste Ausführungsform einer Schreibanordnung,

Fig. 15 eine zweite Ausführungsform einer Speicherschreibanordnung und

Fig. 16, 17 und 18 graphische Darstellungen, welche die Erläuterung der Wirkungsweise der Speicher erleichtern.

Zur klareren Darstellung sind die gegenseitigen Abmessungen der Bestandteile in der Zeichnung nicht

So berücksichtigt.

Fig. 1 dient zur Erläuterung des Zwecks der Erfindung, nämlich die Darstellung der Binärziffem 0 und 1 durch Hystereseschleifen zu gewährleisten, welche in der Vorzugsrichtung der Magnetisierung in einem

Material gegeneinander versetzt sind. Jede Hystereseschleife ist so eingezeichnet, daß die Induktion B auf der Ordinate und das Magnetfeld H in der Vorzugsrichtung der Magnetisierung auf der Abszisse abgetragen ist. Wenn einmal die Speicheranordnung

«o »beschrieben« ist, so ist einzusehen, daß die Binärziffern in derselben durch verschiedene magnetische Zustände dargestellt werden, weiche einem der Paare von Hystereseschleifen (α) und (b) oder (b) und (c) oder (α) und (c) entsprechen, und zwar je nach derc

Ss der magnetischen Anordnung bei diesem Einschreiben der zwei Ziffern 0 und 1 erteilten Zustand.

Um dies durchzuführen, wird eine Kopplung zwischen einer ferromagnetischen Schicht 2 und einei

antiferromagnetischen Schicht 1 vorgesehen (Fig. 2, 3, 4 oder 12). In den Fig. 2, 3 und 12 stehen die Schichten 1 und 2 in direkter Berührung (wenn auch bezüglich des dielektrischen Trägers 3 in den Fig. 2 und 3 umgekehrt wie in Fig. 12). In Fig. 4 ist die Anordnung durch eine zweite ferromagnetische Schicht 5 vervollständigt, welche mit der Schicht 2 durch eine dünnere Schicht 6 aus einem nicht ferromagnetischen Metall verbunden ist. In Fig. 3 stehen die Schichten 1 und 2 in Wechselwirkung durch eine sehr dünne Zwischenschicht 4 aus einem nicht magnetischen leitenden Material. Die Stärke der Schicht 4 liegt beispielsweise in der Größe von einigen Zehn Angström.

Bekanntlich sind in einem ferromagnetischen Stoff, welcher in einer Richtung gesättigt ist, die den Atomen zugehörigen magnetischen Momente durch das Vorhandensein eines Molekularfeldes mit einer Stärke von mehreren Millionen Gauß alle parallel ausgerichtet. Zwischen zwei benachbarten Atomen besteht daher eine positive Austauschwechselwirkung. Ein solcher Zustand ist in Fig. 5 dargestellt.

Wie ebenfalls bekannt, ist in einem antiferromagnetischen Stoff die Austauschwechselwirkung bei einem gleichen Zustand negativ. Wenn man den Stoff in ebene Gitter unterteilt, in welchen Atome der gleichen Art angeordnet sind, so sind die magnetischen Momente in jsder Ebene gegenseitig parallel ausgerichtet, aber die Magnetisierungsrichtung wird periodisch von einem Gitter zum nächsten umgekehrt. Dieser Zustand ist in Fig. 6 dargestellt. Eine Eigenschaft dieser antiferromagnetischen Stoffe, welche in Hinblick auf die vorliegende Erfindung bemerkenswert ist, ist die Stabilität ihres magnetischen Zustands, welcher nur verändert werden kann, nachdem man die betreffende Probe dieses Stoffes auf eine Temperatur gebracht hat, welche mindestens gleich einem für seine Zusammensetzung charakteristischen Wert ist, Umordnungstemperatur oder Neel-Temperatur genannt wird und eine Eigenschaft dieser Stoffe im festen Zustand ist.

Wenn man daher beispielsweise eine zusammengesetzte Anordnung gemäß Fig. 2 betrachtet (das gleiche gilt auch für eine Anordnung gemäß Fig. 3), in welcher die ferromagnetische Schicht durch ihren Aufbau eine leichte Magnetisierungsachse an sich bekannter Lage aufweist, so bringt man zunächst diese Anordnung auf die gewöhnlich mit 7"^ bezeichnete Neel-Temperatur des antiferromagnetischen Mate rials 1 in Anwesenheit eines äußeren Magnetfelds, welches auf die zwei Schichten einwirkt und gemäß einer Richtung der genannten Vorzugsachse ausgerichtet ist. Wenn man die Anordnung in Anwesenheit dieses Magnetfelds sich abkühlen läßt, stellt sich in der Verteilung der magnetischen Momente des antiferromagnetischen Stoffs eine solche Ordnung ein, daß in der mit der ferromagnetischen Schicht in Berührung stehenden Gitterebene dieses Stoffs die magnetischen Momente sich in der Magnetisierungsrichtung des dem äußeren Feld ausgesetzten ferromagnetischen Materials ausrichten. Die Fig. 7 und 8 zeigen einen solchen Zustand für zwei entgegengesetzte Orientierungen des äußeren angelegten Magnetfelds. Der magnetische Zustand der antiferromagnetischen Schicht bleibt dabei bei jeder Temperatur unterhalb der Curie-Temperatur fest und infolge der starken Wechselwirkung zwischen den beiden Schichten hält das ferromagnetische Material in seiner gan zen Dicke den magnetischen Oberflächenzustand dei antiferromagnetischen Schicht aufrecht. Mit anderer Worten, der stabile Zustand minimaler Energie dei Magnetisierung in der ferromagnetischen Schicht isi an die Richtung der magnetischen Momente des Oberflächengitters der antiferromagnetischen Schichi gebunden, welche in Berührung mit dieser ferromagnetischen Schicht steht.

Diese Stabilität des Magnetisierungszustandes zeigi an, daß die Vorzugsachse der Magnetisierung des ferromagnetischen Materials einseitig nach der Richtung des äußeren, angelegten Magnetfelds während der geschilderten Behandlung ausgerichtet worden ist unc daß infolgedessen die Hystereseschleife der ferroma-

»5 gnetischen Schicht entsprechend seitlich verschober worden ist. Beispielsweise ist die Hystereseschleife irr Sinn der graphischen Darstellung (b) in Fig. 1 bei dei Anordnung gemäß F ig. 7 und im Sinn der graphischer Darstellung (c) in Fig. 1 für die Anordnung gemäC

Fig. 8 verschoben. Dies alles tritt ein, wie wenn du dünne ferromagnetische Schicht 2 gemäß Fig. 2, 3 4,9 und 12, welche in Wechselwirkung mit der dünner antiferromagnetischen Schicht 1 gemäß den gleicher Figuren steht, einem fiktiven Kopplungsfeld, bei

as spielsweise H_it unterworfen worden wäre, welches ge maß einer der beiden Richtungen der Vorzugsachst der Magnetisierung ausgerichtet ist und dessen Stärkt von den die Schichten 1 und 2 bildenden Stoffen unc ihren Herstellungsbedingungen abhängt.

In Fig. 16 ist bei (a) die in Vorzugsrichtung dei Magnetisierung gemessene Hystereseschleife einei einaxialen, normalen ferromagnetischen Schicht unc bei (b) die Hystereseschleife dieser Schicht in senk rechter Richtung dargestellt. H₁ ist das Magnetfelc

in Vorzugsrichtung der Magnetisierung und H± ist da: Magnetfeld in der senkrechten Richtung, wobei au der Ordinate die Komponente Ai der Magnetisierun) der Schicht in Feldrichtung abgetragen ist.

In Fig. 17 sind bei (α) bzw. (b) die Hysterese

schleifen in der Vorzugsrichtung der Magnetisierunj und in der senkrechten Richtung einer schwach ge koppelten Schicht dargestellt, d.h. einer Schicht, de ren Kopplungsfeld W₁ kleiner als oder von gleiche Größenordnung wie das Anisotropiefeld H_K der fer

romagnetischen Schicht ist. In der graphischen Dar stellung (α) ist das Kopplungsfeld H₁ eingezeichnet welches durch die Verschiebung der Hystereseschleif« in Richtung der leichtesten Magnetisierung gegebei ist. In der graphischen Darstellung ( b) ist in einer aus

gezogenen Linie die Hystereseschleife der schwad gekoppelten Schicht eingezeichnet.

In Fig. 18 sind bei (α) und (6) die Hystereseschlei fen in den Richtungen der leichten Magnetisierung und der schwierigen Magnetisierung einer stark ge

koppelten ferromagnetischen Schicht dargestellt, d. h einer Schicht, deren Kopplungsfeld H₁ weit über den Anisotropiefeld H_K liegt.

In diesen Figuren ist mit M_s der Sättigungswert de Magnetisierung bezeichnet. Die Hysteresekurve ii

der schwierigen Magnetisierungsrichtung der nichtge koppelten Schicht, OAB in Fig. 16, Darstellung (f> zeigt den Punkt A, welcher den Wert des Anisotro piefeldes H_K definiert, und den Punkt B, welcher den Wortfeld H_u entspricht. Der Punkt B ist in den Dar

Stellungen (b) der Fig. 17 und 18 zum Vergleich ge strichen angegeben. Die Punkte B' und B" entspre chen bei den verschiedenen wirklichen Hystcresckur ven dem Punkt B. Die Steigungen der Tangenten tn

609 ήβό 8⁷

ίο

Nullpunkt oder die Anfangssuszeptibilitäten der gekoppelten ferromagnetischen Schicht werden durch das Verhältnis M_S/(H_K + H₁) definiert, siehe die These des Staatsdoktorats, welches im Juli 1966 an der Universität Grenoble von einem der Erfinder, Jean-Claude Bruyere, abgelegt wurde.

Durch verschiedene Verfahren, welche weiter unten beschrieben werden, ist es möglich, eine Anzahl von Binärinformationen <n eine zusammengesetzte

Strom mit genau der gleichen Amplitude, jedoch entgegengesetzter Polarität, wird über jeder Leitung 9 der Wortleitung 8 entnommen, welche eine entgegengesetzte erste Magnetisierungsrichtung in der darunter liegenden ferromagnetischen Schicht hat. Wenn der Strom I_M aufhört, wird die Magnetisierung des Speicherpunktes in der ferromagnetischen Schicht mit ihrer ersten Orientierung wiederhergestellt, da natürlich der Vorgang bei einer Temperatur unterhalb der

Anordnung der beschriebenen Art »zu schreiben«, ¹⁰ Neel-Temperatur der dieser ferromagnetischen wobei jedes Informationselement an einem Ort ange- Schicht an dieser Stelle zugeordneten antiferroma-■ ■ ■ " " ' ' ' gnetischen Schicht stattfindet. Die antiferromagneti-

sche Schicht hat daher die Orientierung der magneti-

ordnet ist, welcher nachfolgend »Speicherpunkt« genannt wird. Vorzugsweise wird dieses Schreiben so durchgeführt, daß die Elemente der Information in

sehen Momente in ihrem mit der ferromagnetischen

Zeilen und Spalten angeordnet sind, wie es bei Spei- ^l5 Schicht in Berührung stehenden Gitter unbeeinflußt

beibehalten, wodurch die Magnetisierung des Speicherpunktes vollständig in diese Orientierung zurückfällt.

Der jeder Leitung 9 entnommene Strom hängt vom

ehern für binäre Informationen üblich ist, wobei jede Zeile einem »Wort« der Information entspricht.

Wenn man nun, wie beispielsweise in der Darstellung (α) der Fig. 9 gezeigt, welche für den Speicher

aufbau die zusammengesetzte Anordnung gemäß ^ao Drehwinkel der Magnetisierung der unter dem Spei-

Fig. 4 wiedergibt, an diesem Aufbau zwei Leitungsnetze, Zeilen 8 und Spalten 9, hinzufügt, deren Kreuzungspunkte an den Stellen der binären Informationselemente angeordnet sind, so kann das Lesen der

cherpunkt liegenden ferromagnetischen Schicht unter der Einwirkung des »Wort«-Feldes H₁₁₁, ab, dessen Stärke etwas größer als oder gleich H_K ist. Bei einer nicht gekoppelten ferromagnetischen Schicht ist der

informationen in einer der Weisen vorgenommen ²5 Drehwinkel gleich 90° und der der Leitung 9 entnom-

werden, welche in den Fig. 10 bzw. 11 angegeben sind.

Wie zunächst aus Fig. 10 ersichtlich, ist ein Speicherpunkt 12 gezeigt, welcher durch die Überkreuzung der zwei Leitungen 8 und 9 gebildet wird, wobei die leichte Magnetisierungsachse mit A bezeichnet ist. Die Leitung 8 wird als Wortleitung betrachtet, d.h. eine Leitung, über di' die Binärziffern eines Informationswortes (im üblichen Sinn dieses Ausdrucks im

mene Strom, das Lesesignal, ist bekanntlich maximal. In diesem Fall ist die während des Lesens von der Magnetisierung beschriebene Kurve bei (b) in F i g. 16 durch die Kurve OAB dargestellt.

Für eine schwach gekoppelte ferromagnetische Schicht ist die unter den gleichen Bedingungen von der Magnetisierung beschriebene Kurve bei {b) in Fig. 17 durch die Kurve OB' dargestellt. In diesem Fall dreht sich die Magnetisierung der schwach gekop-

numerischen Rechnen) geschrieben werden. Die Lei- 35 pelten ferromagnetischen Schicht um einen etwas un-

tung 9 wird als Spaltenleitung betrachtet, d. h. eine zur ersten Leitung senkrechte Leitung, welche so viele Leitungen überdeckt, wie viele Wörter man im Speicher haben kann.

terhalb 90° liegenden Winkel und der von einer Leitung 9 aufgenommene Strom ist etwas kleiner als der Maximalstrom, welcher der gleichen, nicht gekoppelten Schicht entspricht. Dieser Fall entspricht der An-

Um das Lesen eines Wortes durchzuführen, gibt 4o Ordnung der F ig. 9, wobei die ferromagnetische Lese-

man außerdem auf die gewählte Leitung 8 einen Strom /_M, welcher in der darunter liegenden magnetischen Anordnung ein Magnetfeld H_M erzeugt dessen Orientierung senkrecht zu derjenigen der Leitung 8

Schicht 5 mittels einer Metallschicht 6 an der ferromagnetischen Schicht 2 schwach gekoppelt ist, wie in der eingangs genannten französischen Patentschrift erläutert. Die Schicht 2 ist im Gegensatz dazu an der anti-

und damit senkrecht zu derjenigen der leichten Ma- 45 ferromagnetischen Schicht stark gekoppelt, gnetisierungsachse der ferromagnetischen Schicht Für eine stark gekoppelte ferromagnetische

dieser Anordnung ist und eine Stärke in der Größf n- Schicht, wie es bei der Anordnung gemäß Fig. 2 der Ordnung von derjenigen des Anisotropiefeldes H_K t, r Fall ist, ist die unter den gleichen Bedingungen wie ferromagnetischen »Lese«-Schicht, beispielsweise der oben von der Magnetisierung beschriebene Kurve Schicht 5 in Fig. 9, hat. Die Magnetisierung des im So durch die Kurve OB"inFig. 18, Darstellung (b) wiedergegeben. In diesem Fall ist der Drehwinkel dei Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht unc daher das von einer Leseleitung aufgenommene Signa schwach und kann durch eine Vergrößerung dei

Binärziffer 1 und hat die umgekehrte Richtung wie 55 Stärke des Kopplungsfeldes H_t so schwach gemach beim Schreiben einer Binärziffer 0. Unter der Wir- werden, wie es erwünscht ist. Es wird weiter untei kung dieses »Wort«-Feldes H_M dreht sich die Ma- ausgeführt, wie man diese letzteren Bedingungen aus gnetisierung der unter dem Speicherpunkt liegenden nützt.

und diese Stelle umgebenden ferromagnetischen Es wird bemerkt, daß es bei gegebener Gesamt

Schicht um einen Winkel, welcher weiter unten defi- 6o dicke der magnetischen Anordnung, welche sehr ge niert wird, wie durch die Pfeile in ausgezogenen Linien ring ist, ohne Bedeutung ist, ob sich die antiferroma angegeben, und zwar in einer Richtung, welche offen- gnetische Schicht bezüglich der Leitungen oberhail sichtlich von den relativen Orientierungen der ur- oder unterhalb der Anordnung befindet, sprunglichen Magnetisierung bei 12 und des Stroms Bei einer anderen Ausführungsform kann man di

1^₁ abhängt. Ein elektrischer Strom, dessen Polarität «5 Orientierungen der Wortieittuigen und der Leselei von dieser Drehrichtung abhängt, wird daher in der tungen bezüglich der Anisotropieachse der ferroma Leitung 9 induziert, von welcher er als Lesesignal des gnetischen Schicht der Speicheranordnung umkehret Inhalts des Speicherpunktes 12 entnommen wird. Ein In Fig. 11 ist eine Wortleitung 8 senkrecht zu diese

Schema der Fig. 8 gezeigten Speicherpunktes ist beispielsweise durch einen Pfeil mit der gleichen Orientierung wie die Richtung des Stroms l_M angezeigt. Sie entspricht beispielsweise dem Schreiben einer

Achse A und zwei Leseleitungen 9¹ und 9² parallel zu dieser Achse dargestellt, welche zusammen mit der Leitung 8 zwei Speicherpunkte 12" und 12² bilden. Um ein Informationswort zu lesen, wendet man ein Polarisationsfeld H_R senkrecht zur Anisotropieachse an und läßt, wie vorher, in der Leitung 8 einen Strom fließen, welcher sodann ein induziertes Feld H'_M hervorruft, das parallel zur leichten Magnetisierungsachse der darunter liegenden ferromagnetischen Schicht orientiert ist. Sodann dreht sich die Magnetisierung der Speicherpunkte der ferromagnetischen Schicht um fast 180° in der einen oder anderen Richtung je nach der ursprünglichen Orientierung bezüglich der leichten Magnetisierungsachse A. Man erhält daher an den Ausgängen der Leitungen 9¹ und 9² Lesesignale des Inhalts der Speicherpuntke 12¹ und 12², deren Polaritäten beispielsweise den Werten der Binärziffern 0 und 1 entsprechen, welche vorher in diese Speicherstelle »geschrieben« wurden. Wenn das Lesen beendet ist, fallen die Magnetisierungen bei 12¹ und 12² in ihre ursprünglichen Orientierungen zurück, deren Speicherung in der bereits beschriebenen Art durch die antiferromagnetische Schicht der Anordnung erhalten geblieben ^;st, jedoch vorausgesetzt, daß das Kopplungsteid H₁ eine größere Stärke besitzt als die Koerzitivkraft der ferromagnetischen Schicht.

Bei einer anderen Ausführungsform ist es entsprechend dem für das Lesen von Speichern in Form von Magnetschichten jeder Art bekannten Prinzip nicht nötig, der magnetischen Anordnung zum Zweck des Lesens Netze von Leitungen zuzuordnen, sondern es ist möglich, mit einer Leseanordnung auf optischem Wege zu arbeiten, wie sie schematisch in Fig. 12 dargestellt ist. Ein Lesekopf weist beispielsweise eine Belichtungslampe oder eine andere Lichtquelle 13 und eine Photozelle oder einen Photoleiter 14 auf. Das Licht der Lichtquelle, welches beispielsweise bei 33 polarisiert wird, wird auf die Oberfläche der magnetischen Anordnung geworfen und fokussiert, wobei die Außenfläche der ferromagnetischen Schicht 2 belichtet wird. Das reflektierte Licht wird durch einen Analysator 34 auf die Photozelle zurückgeworfen. Der Lesekopf wird von einem nicht näher beschriebenen Träger 15 mitgeführt, so daß er die Oberfläche der magnetischen Anordnung abtastet. Diese Abtastung kann in jeder gewünschten, bekannten mechanischen Weise durchgeführt werden und man kann, wie ebenfalls bekannt, diesen einheitlichen Kopf durch eine mosaikartige Anordnung von Photozellen oder Photowiderständen und entweder eine Quelle polarisierten Lichts, welche die magnetische Anordnung abtastet und deren reflektiertes Bündel durch einen Analysator auf eine Lese-»Zeüe« der mosaikartigen Anordnung fällt, oder eine Quelle polarisierten Lichts ersetzen, welche die gesamte Oberfläche der magnetisehen Anordnung überdeckt und deren reflektiertes und »analysiertes« Licht auf die gesamte Oberfläche der mosaikartigen Anordnung fällt, in weicher sodann eine elektrische Abtastung der Elemente stattfindet, wenn nicht so viele einzelne Ausgänge wie Elemente vorhanden sind. Solche Anordnungen sind in Prinzip und Ausführung zur Abtastung von »bedruckten« Oberflächen beim optisch-elektronischen Lesen bekannt.

Die Erläuterung der Lesemethoden wurde unter der Annahme gegeben, daß das Schreiben so stattgefunden hat, daß die Speicherpunkte Hystereseschleifen gemäß (b) und (c) in Fig. 1 aufweisen, insbeson dere für den Fall, daß man Netze von Leseleitungen verwendet, wobei die Ziffernsignale 0 und 1 durch ihre Polaritäten unterschieden werden. Bei einem Schreiben gemäß (α) und (b) oder (α) und (c) gibt die Unterscheidung ohne weiteres jedes Signal für die Zahlen, welche an den Stellen dargestellt sind, deren Magnetisierung dem Zyklus (α) folgt, und ein Signal für die Ziffern, welche an den Stellen dargestellt sind, deren Magnetisierung dem Zyklus (fe) bzw. dem Zyklus (c) folgt, je nach der Wahl des Schreibens. Dies ist nur möglich, wenn die Verschiebung der Zyklen gemäß (b) oder (c) groß ist und daher einer starken Kopplung entspricht, wie oben definiert. Beim Lesen gemäß dem in Fig. 10 beschriebenen Verfahren sind die Zyklen oder Kurven in Richtung senkrecht zur leichten Magnetisierungsrichtung so wie bei der Darstellung \b) der Fig. 16 für die nicht gekoppelten Speicherstellen und wie in der Darstellung (b) der Fig. 18 für die Speicherstellen mit starker Kopplung, wobei die Kopplung in der einen oder anderen Richtung der leichten Magnetisierungsrichtung ausgeübt wird.

Das Schreiben in eine Speicheranordnung gemäß der Erfindung beruht offensichtlich auf gesteuerten Erwärmungen in Anwesenheit eines orientierenden Magnetfelds. Die Fig. 13 und 14 einerseits und Fig. 15 andererseits zeigen zwei Ausführungsformen, welche im übrigen keine Einschränkung darstellen sollen.

Im Fall der Fig. 13 und 14 arbeitet man mit einer perforierten Maske 17, welche ein Gitter mit vorbestimmter Kodierung darstellt. Die in vereinfachter Form bei 19 dargestellten Perforationen entsprechen beispielsweise den Speicherstellen, in welchen die Ziffern 1 eingeschrieben werden müssen. Die magnetische Anordnung einschließlich ihres dielektrischen Trägers ist mit 18 bezeichnet. Mit 20 ist eine Wärmequelle, wie ein Rubinlaser, bezeichnet, welcher mit einer Membran 21 versehen ist und dessen Bündel durch die Optik 22 in eine parallele Lichtfläche umgewandelt wird, welche die Maske 17 überdeckt, wenn diese dicht an der Anordnung 18 liegt. Vorzugsweise besitzt diese Maske die gleiche Oberfläche wie 18, um eine zusätzliche Projektion zwischen der Maske und der zu beeinflussenden Oberfläche zu vermeiden.

Zunächst wird die Anordnung 18 betrachtet, welche mit ihren ferromagnetischen und antiferromagnetischen, nicht magnetisch angeordneten Schichten ausgebildet ist, obwohl diese übereinander angeordnet sind (oder mit ihrer Zwischenschicht, wenn die Anordnung gemäß Fig. 3 verwendet wird). Sodann wird der Rubinlaser eine erforderliche Zeit aktiviert so daß durch die Maske 17 die gewählten Stellen mittels der Perforationen 19 auf die Neel-Temperatur de; antiferromagnetischen Materials der aus dünner Schichten bestehenden Anordnung gebracht werden während auf die ganze Anordnung ein magnetische; Orientierungsfeld mit vorbestimmter Richtung ein wirkt, und zwar vorzugsweise mit einer der zwei Rieh tungen der Anisotropieachse der ferromagnetische! Schicht oder Schichten der Anordnung parallel zu ei ner Seite dieser Anordnung. Die Maske kann bei spielsweise aus Nickel bestehen. Man läßt die Quell« nur die zur lokalen Erwärmung der durch die Maski hindurch erreichten Stellen der Anordnung erforder liehe Zeit belichten, um die Ndel-Temperatur des an tiferromagnetischen Materials zu erreichen und zi überschreiten, sodann läßt man die Anordnung ab

kühlen, während das magnetische Orientierungsfeld aufrechterhalten wird. Dieser Vorgang führt zum gemeinsamen Beschreiben aller entsprechenden Informationselemente mit einem der Binärziffernwerte, durch Übt.-sinkunft beispielsweise 1, welche durch die Richtung des magnetischen Orientierungsfeldes definiert wird.

Dieser einzige Schreibvorgang kann in den Fällen als ausreichend betrachtet werden, daß Anordnungen mit starker Kopplung der ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten verwendet werden, wie sie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt sind, denn nach Anbringen der Netze von Leitungen und beispielsweise gemäß einem der in Verbindung mit den F i g. 10 und 11 geschilderten Verfahren ergibt das Lesen des Speichers kein Signal für jede so geschriebene Ziffer und ergibt ein Signal mit einer bestimmten Polarität für die andere Ziffer.

Bei Anordnungen mit schwacher Kopplung, wie sie beispielsweise in Fig. 9 dargestellt sind, kann man zur Erzielung des Lesens von Signalen mit entgegengesetzten Polaritäten zur Bezeichnung der beiden Werte der Binärziffern 0 und 1 die gezeigte Maske 17 durch eine »komplementäre« oder »negative« Maske ersetzen, welche Perforationen an den Stellen aufweist, welche die Informationselemente mit dem anderen Wert der Binärziffer, beim betrachteten Beispiel 0, besitzen müssen. Durch Anwendung eines magnetischen Orientierungsfeldes mit entgegengesetzter Richtung wie das erstgenannte und zeitweise Belichtung in der obengenannten Art sowie anschließende Abkühlung bei Einwirkung des Magnetfelds erreicht man daher, daß in den Speicher alle Informationselemente geschrieben werden, welche der Ziffer 0 entsprechen, ohne jedoch das vorhergehende Schreiben der Ziffern 1 zu stören, da bei diesem zweiten Vorgang deren Stellen nicht die Neel-Temperatur des antiferromagnetischen Materials erreichen.

Eine andere Art des Schreibens der Binärelemente zur Erzielung von zwei Signalen mit entgegengesetzten Polaritäten zur Darstellung der Ziffern 1 und 0 besteht darin, daß man nur eine Maske verwendet, nachdem man jedoch in einem ersten Arbeitsgang die vollständige Anordnung von der Neel-Temperatur des antiferromagnetischen Materials in Anwesenheit eines ersten magnetischen Orientierungsfeldes abgekühlt hat. Dieser erste Arbeitsgang läßt sodann die Speicheranordnung vollständig mit einer Ziffer, beispielsweise 0, entsprechenden Binärelementen »beschrieben« zurück. Der zweite Arbeitsgang ist derjenige mit Maske, wie oben beschrieben, zum Registrieren der der anderen Binäiziffer 1 entsprechenden Elemente anstatt der vorher registrierten Ziffern 0 an allen Perforationsstellen der Maske 17.

Es wird bemerkt, daß die Herstellung der Maske kein besonderes Problem aufwirft, welches in der Technik nicht bekannt wäre, und zwar auch für eine sehr große Informationsdichte, beispielsweise für eine Oberfläche der Speicherpunkte mit einer Seitenlänge in der Größenordnung von 10 Mikron. Man kann beispielsweise ein bekanntes Verfahren zum Drucken von Schaltungen anwenden. Man stellt das Muster der Maske in großem Maßstab her, überträgt dasselbe mit photographischer Verkleinerung auf eine transparente Folie, nimmt andererseits eine Folie aus Nickel oder ähnlichem Stoff mit der erforderlichen Abmessung, bedeckt dieselbe mit einer lichtempfindlichen, säurebeständigen Schicht, belichtet diese Schicht durch die transparente Folie und graviert sodann durch den Angriff einer geeigneten Säure, wobei diese nur an den nicht durch die belichteten Teile der Schicht geschützten Stellen angreift.

S Beispielsweise ist bei einer magnetischen Anordnung mit einem Träger 3 aus einem wärmebeständigen Glas, einer ferromagnetischen Schicht aus einer Legierung aus Nickel und Eisen mit relativen Anteilen von 80% bzw. 20% dieser Metalle, mit einer Dicke

ι» in der Größenordnung von beispielsweise 2000 A sowie einer antiferromagnetischen Schicht aus einer dreifachen Legierung aus Eisen-NicKel-Mangan mit einer Dicke in der Größenordnung von beispielsweise 500 bis 600 A (ein Verfahren zur Herstellung dieser

¹S Legierung wird weiter unten angegeben), wobei die Anordnung eine Seitenlänge von 10 cm besitzt, die für «inen Schreibimpuls erforderliche Energie mit einer Dauer in der Größenordnung von Millisekunden, welche vom Rubinlaser erzeugt wird, nur in der Grö-

ao ßenordnung von 8 Joule gelegen. Die Ebene der

Ma&ke 17 kann von der Oberfläche der magnetischen Anordnung einen Abstand in der Größenordnung von 10 mm aufweisen.

Zum Schreiben in den Speicher kann man bei einer

^a5 anderen Ausführungsform ein Folgeschreibsystem der Binärelemente, beispielsweise mit der schematisch in Fig. 15 dargestellten Anordnung anwenden. Diese Anordnung weist zwei auf Gleitschienen 25 und 26 gelagerte Platten 21 und 22 auf, welche bei ihren Ver-

Schiebungen längs der Richtungen X und Y einzeln durch Schrittmotoren 23 und 24 gesteuert werden. Die magnetische Speicheranordnung 18 kann an einer genau gekennzeichneten Stelle auf der oberen Platte 21 aufgebracht sein. Ein Schreibkopf weist eine

Quelle 20, wie beispielsweise einen Gaslaser, bei 27 eine Blende sowie eine Optik 28 zur Bündelung und Fokussierung der Strahlung auf, so daß bei Aktivierung ein Wärmefleck erzeugt wird, dessen Durchmesser von der gleichen Größenordnung ist wie der für einen Speicherpunkt auf der Oberfläche der magnetischen Anordnung 18 gewünschte Durchmesser.

Ein Magnetband oder Lochstreifen 32 trägt (beispielsweise) das Schreib-»Programm« der Binärziffern 1 in einem Speicher. Mit anderen Worten, dieses Band, welches in an sich bekannter Weise durch einen Abtastkopf 31 läuft, ist so vorbereitet, daß es nacheinander die Größen X und Y jeder Speicherpunktstelle angibt, welche den Wert 1 darstellen soll. Nach dem Abtasten jedes Größenpaares bei 31 und dessen vorübergehender Speicherung bei 30 steuert eine auf diese Größen ansprechende Steuerschaltung 29 die Stellung der Schrittmotoren 23 und 24 (allgemeiner der gesteuerten Motoren 23 und 24, wobei die »Schritte« tatsächlich nur durch die Steuerung definiert sein können, welche in bekannter Weise auf der Dekodierung numerischer Kodes in X und in Y beruhen, die von dem Band 32 abgetastet werden). Jede Einstellung ruft, beispielsweise durch eine besondere vom Speicher 30 ausgehende Verbindung und durcl· damit verbundene Schaltungen für die aufeinanderfolgenden Abtastungen des Bandes, eine Impulszün dung des Lasers 20 und daher die lokalisierte Erwär mung eines Punktes der magnetischen Anordnung mi den Koordinaten X und Y, die bei jedem Schritt de; Bandes 32 definiert werden, über die Neel-Tempera tür der antiferromagnetischen Schicht hervor. Da eil magnetisches Orientierungsfeld dauernd während de Schreib Vorgangs parallel zu einer der Seiten der An

IS

Ordnung 18 angewendet wird, entspricht jede Abtastungoder Ablesung des Bandes genau dem Schreiben eines Binärelement mit dem Wert 1 in einen Speicherpunkt. Die Motoren steuern die Bewegungen der beiden Platten über geeignete Mikrometerschrauben Es sind bereits numerische Steuerungen bekannt, welche aus sich selbst die gewünschte Genauigkeit für das Schreiben in eine Speicheranordnung besitzen. Es muß daher der genaue Aufbau dieser Steuereinrichtungen nicht beschrieben werden.

Bei einer magnetischen Anordnung mit den oben beschriebenen Eigenschaften genügt es, daß der Gaslaser bei jedem Impuls eine Spitzenleistung in der Größenordnung von 0,2 Watt bei einer Impulsdauer in der Größenordnung von Millisekunden und einer emittierten Wellenlänge von 0,6 bis 1 Mikron abgibt Diese Größen sollen als Beispiel dienen.

Wie im Fall eines gemeinsamen oder globalen Einschreibens kann das Schreiben mit einem solchen numerischen Steuersystem in zwei Verfahrensschritten <"> verwirklicht werden, wenn man von einer Anordnung ausgeht, in welcher die ferromagnetische und antiferromagnetische Schicht vor dem Schreiben nicht geordnet sind und wenn man beim Lesen Signale mit entgegengesetzten Polaritäten zur Darstellung der "5 Werte 1 und 0 zu erhalten wünscht. Es ist nur ein Verfahrensschritt nötig, wenn diese letztere Bedingung nicht gefordert wird oder wenn die Anordnung vorher ganz mit einem der Binärzahlwerte »beschrieben« worden ist.

Aus dem Vorangehenden ist zu entnehmen, daß der Inhalt eines solchen Speichers je nach Wunsch geändert werden kann, da ein »Löschen« darin besteht, daß die magnetische Anordnung über die Neel-Temperatur des antiferromagnetischen Materials gebracht wird, und da dieses Löschen gleichzeitig mit einem Schreiben durchgeführt werden kann, wenn man es in Anwesenheit eines magnetischen Orientierungsfeldes bewirkt, entweder um die ganze Anordnung in einen einzigen Zustand zu bringen, wenn nicht eine Auswahl der gelöschten Stellen stattfindet, oder um gleichzeitig ein neues Schreiben durchzuführen, wenn gleichzeitig mit der Löschung eine Auswahl stattfindet. Im Fall eines Speichers, welcher mit Netzen von Leseleitungen ausgestattet ist, muß man jedoch vor dem Löschen und Wiedereinschreiben die Leitungen abnehmen.

Wenn der Speicher die Netze von Leitungen aufweisen soll, werden diese daher nach dem Schreiben des Informationsinhalts des Speichers in die magnetisehe Anordnung angebracht. Die Ausbildung und Anbringung der Leitungsnetze kann mit an sich bekannten Mitteln und beispielsweise nach einem Herstellungsverfahren für gedruckte Leiter durchgeführt werden. Die rechtwinkligen Netze werden beispielsweise durch Metallisierung der zwei Flächen einer dünnen isolierenden Folie hergestellt, deren Metallisierungen sodann graviert werden. Danach wird die die Netze tragende Folie auf die Oberfläche der »beschriebenen« magnetischen Anordnung geklebt, wobei diese Oberfläche und die Folie Markierungen für ihre richtige Anordnung tragen. Es können leicht Toleranzen von weniger als 10 Mikron sowohl bei der Anordnung der Leitungen in diesen Netzen als auch bei der Anordnung der Speicherpunkte in der Anordnung eingehalten werden. Für die Anbringung der die Netze tragenden Folie auf der Speicherebene kann beispielsweise für eine Oberfläche von 10 x 10 cm²

eine Toleranz der gegenseitigen Anordnung von weniger als 3 bis 4 Mikron eingehalten werden. Da man schon Flächen von Speicherpunkten in der Größenordnung von 100 Mikron für ausreichend halten kann, eine gute Informationsdichte im Speicher zu gewährleisten, sind die oben angegebenen Toleranzen daher zufriedenstellend. Sie können beim gegenwärtigen Stand der Technik noch weiter getrieben werden, wenn man größere Informationsdichten wünscht.

Was die ferromagnetischen Stoffe betrifft, würde eine Aufzählung zu weit führen, da sie an sich gut bekannt sind. Lediglich zur Erläuterung können hier das Kobalt, die Eisen-Nickel-Legierung und Zusammensetzungen dieser Materialien genannt werden. Das gleiche gilt für die antiferromagnetischen Stoffe, man kann das Kobaltoxyd, das Chromoxyd und die ternäre Legierung Eisen—Nickel—Mangan unter anderen nennen. Man kann auch Paare zusammenstellen und verwirklichen, wie Kobalt/Kobaltoxyd, Eisen-Nickel/Chromoxyd und Eisen-Nickel/Eisen-Nickel-Mangan. Dieses letztere Paar wird infolge der Verwandtschaft seiner Grundbestandteile zur beispielsweisen Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele der Speicheranordnungen herangezogen. Allgemein können die magnetischen Schichten dieser Anordnungen beispielsweise durch Aufdampfen ihrer Bestandteile niedergeschlagen werden, indem diese Aufdampfungen so gesteuert werden, daß die gewünschten gegenseitigen Verhältnisse dieser Bestandteile gewährleistet sind.

Wenn man beispielsweise die Anordnung gemäß Fig. 9, Darstellung (α) betrachtet, so wird eine erste dünne Schicht 5 aus Eisen-Nickel mit einem Verhältnis von etwa 80%/20% auf den Träger 3 aufgedampft, weicher aus einer schlecht wärmeleitenden und einen hohen Schmelzpunkt aufweisenden Glasplatte besteht. Diese Schicht hat beispielsweise eine Stärke in der Größenordnung von 1250 A. Sie wird in Anwesenheit eines Magnetfelds niedergeschlagen, welches die Orientierung ihrer A.nisotropieachsc festlegt und während aller folgenden Verfahrensschritte beibehalten wird. Sodann bringt man stets durch Aufdampfen auf die Oberfläche der Schicht 5 eine dünne Schicht aus einem nicht magnetischen Metall, beispielsweise Gold, mit einer einer gewünschten Kopplung entsprechenden Stärke, beispielsweise in der Größenordnung von 45 A auf. Die Kopplung wird durch eine zweite, sodann auf die Goldschicht aufgebrachte Eisen-Nikkel-Schicht gewährleistet, welche beispielsweise bis zu einer Stärke in der Größenordnung von 300 A geht. Diese Niederschlagung wird beispielsweise bei einer Temperatur von 300° C durchgeführt. Sodann führt man bei der gleichen Temperatur, Darstellung (b) in Fig. 9, die Niederschlagung einer Manganschicht 7 mit einer Stärke in der Größenordnung von 150 bis 200 A durch. Man erhitzt sodann die Anordnung bei ungefähr 300° C während einer Zeit in der Größenordnung von einer Stunde. Das Mangan diffundiert dabei auf thermischem Wege in den oberen Teil der Schicht 2, wodurch man die an die ferromagnetische Schicht 2 gekoppelte antiferromagnetische Schicht 1 erhält. Natürlich können die obigen Schritte umgekehrt werden, so daß zuerst das Mangan auf die Glasplatte aufgebracht, darüber die Eisen-Nickel-Schichi niedergeschlagen, die thermische Diffusion des Mangans in das Eisen-Nickel bewirkt wird usw. Dieses letztere Vorgehen bringt den Vorteil, daß die Manganschicht während der Erhitzung direkt durch die

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Eisen-Nickel-Schicht geschützt wird, während bei der zur Darstellung (α) der Fig. 9 führenden Herstellungsart besondere Vorsichtsmaßnahmen in der Auswahl der Atmosphäre während des Erhitzens getroffen werden müssen, da das Mangan in gewöhnlicher Atmosphäre instabil ist.

Es ist War, daß bei einem solchen Herstellungsverfahren einer antiferromagnetischen Schicht sich die Konzentration des Mangans in der Schicht mit der Dicke ändert. Es ist daher zu bedenken, daß die Neel-Temperatur, von welcher die Rede war, tatsächlich nicht als präziser Wert definiert ist, sondern in einem Bereich von Werten besteht, beispielsweise zwischen einer minimalen Temperatur T_n, die die maximale Temperatur ist, die die Anordnung im Verlauf ihrer Speicherauswertung durch ein nicht zerstörendes Lesen nicht erreichen kann, und einer maximalen Temperatur T_n, welche jedoch ausreichend tief sein muß, um das Schreiben mittels der oben beschriebenen Verfahren zu ermöglichen. Ein solcher Bereich kann beispielsweise für die Durchführung der vorliegenden Erfindung zwischen 100° C und 200° C gelegen sein, wobei diese Werte direkt durch die Herstellungs- und Erhitzungstemperaturen, die Erhitzungsdauer und die obenerwähnten relativen Dicken erhalten werden. Für diese Werte erhält man dabei ein Kopplungsfeld in der Größenordnung von 60 Oerstedt bei einer Kopplungsenergie zwischen den Schichten 2 und 1 in der Größenordnung von 0,15 erg/cm².

Wenn sich die Stärke des Kopplungsfeldes mit der Diffusionszeit vergrößert, was offensichtlich durch wiederholte Erhitzungen erreicht werden kann, so ist zu bemerken, daß die Neel-Temperatur praktisch unverändert bleibt und nicht von der betreffenden Diffusionszeit abhängt. Diese Zusammenhänge sind erläutert in einem Artikel O. Massenet, R. Montmory, L. Neel, veröffentlicht unter dem Titel »Magnetic properties of multilayer films of Fe-Ni-Mn, Fe-Ni-Co and of Fe-Ni-Cr« in den »Proceedings of lntermagnConference«, 1964, η 12-2, siehe insbesondere Fig. 2 dieses Artikels und den dazugehörigen Text.

Man kann weiter eine antif erromagnetische Schicht vom ternären Typ, beispielsweise aus Fe-Ni-Mn, durch gleichzeitige Aufdampfung der drei Bestandteile in den erforderlichen Verhältnissen herstellen, die den obenerwähnten Dicken und Zusammensetzungen entsprechen. Man erhält dabei eine Schicht mit (wenigstens relativ) homogener Verteilung des Mangans in der festen ternären Lösung, aber man stellt fest, daß die an der magnetischen Anordnung während des Vorgangs aufrechterhaltene Temperatur zuletzt die Neel-Temperatur des erhaltenen Materials bestimmt, da bei konstanter Temperatur eine Veränderung der gegenseitigen Konzentrationen von Eisen, Nickel und Mangan um einen Faktor 4 die Stärke des Kopplungsfeldes und die Verteilung der Neel-Temperatur innerhalb merklicher Grenzen wenigstens in Hinsicht auf die erfindungsgemäße Ausnutzung der magnetischen Anordnungen nicht beeinflußt.

Eine solche Tatsache kann man dadurch erklären, daß nur das Profil der gegenseitigen Diffusion zwischen Eisen-Nickel und Mangan wichtig ist und daß die Kopplung zwischen der Eisen-Nickel- und der Eisen-Nickel-Mangan-Schicht eine Austauscherscheinung zwischen benachbarten Spins ist und sich daher im Maßstab atomarer Abstände abspielt. Der verwertbare Berührungsbereich zwischen den beiden Schichten ist tatsächlich auf einige Atomabstände beschränkt, während die gegenseitige Diffusion der Atome von Mangan und Eisen-Nickel bei den betreffenden Temperaturen sich über wesentlich größere Abstände abspielt.

Bei einer Anordnung gemäß Fig. 9 oder Fig. 4 verbindet man mit den gekoppelten Schichten 1 und 2 eine ferromagnetische Schicht 5, welche an der

Schicht 2 durch eine dünne Zwischenschicht 6 gekoppelt ist, deren Dicke die Größe der Kopplung bestimmt. Da die Schicht 2 an der Schicht 1 stark gekoppelt ist, ist es tatsächlich die Schicht 5, welche eigentlich als Leseschicht dient, d.h. die Magnetisie-

¹S rung der Speicherpunkte der Schicht 5 ändert die Orientierung beim Lesen in der beschriebenen Weise und nicht die Magnetisierung der Schicht 2.

Bei dem nun zu beschreibenden Ausführungsbeispiel, demjenigen der Fig. 9, hat das verwertbare Le-

sesignal eine Amplitude oberhalb ein Millivolt bei Feldimpulsen H_M mit einer Anstiegsflanke in der Größenordnung von 10 Nanosekunden.

Wenn man eine solche »Lese«-Schicht wegläßt, so müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden,

^a5 um die direkte Verwendung der ferromagnetischen Schicht als Leseschicht zu ermöglichen, da das Kopplungsfeld H₁ zwischen der ferromagnetischen und der antiferromagnetischen Schicht ohne weiteres für einen solchen Betrieb einen zu hohen Wert besitzt. Wie erwähnt, kann eine Verringerung der Kopplung, wie in Fig. 3 angedeutet, durch Zwischenlegen einer dünnen, nicht magnetischen Schicht 4 zwischen die Schichten 1 und 2 erreicht werden. Die praktische Verwendung einer solchen Anordnung in einem Impulsspeicher (diese Auseinandersetzungen betreffen wohlgemerkt nicht das Lesen auf optischem Weg) birgt jedoch die Gefahr einer Speicherinstabilität und eines langsamen Ansprechens.

Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß beim Abkühlen einer gekoppelten Anordnung von ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten in Anwesenheit eines magnetischen Wechselfeldes, nachdem die Anordnung auf die Neel-Temperatur gebracht worden war, wobei dieses Feld vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise längs der leichtesten Magnetisierungsachse orientiert ist, die Kopplung zwischen den beiden Schichten in Richtung der leichtesten Magnetisierungsachse verschwindet. Im Gegensatz dazu genügt es, von neuem die Anordnung auf die Neel-Temperatur der antiferromagnetischen Schicht zu erhitzen und unter der Einwirkung eines kontinuierlichen Orientierungsfeldes abzukühlen, um die Kopplung wiederherzustellen.

Zur Herstellung einer Anordnung gemäß Fig. 1 oder Fig. 12, welche ausgezeichnet für ein Lesen mi elektrischen Impulsen geeignet ist, wenn die Anoid nung mit Netzen von Leseleitungen verbunden ist wird das folgende Herstellungsverfahren für die Spei cheranordnung vorgeschlagen:

Nach der Herstellung der Anordnung aus zwe Schichten in einer der oben beschriebenen Weisen um vor dem Schreiben eines Inhalts von Binärinformatic nen wird die Anordnung auf die Neel-Temperatvi oder darüber hinaus erhitzt und in Anwesenheit eine magnetischen Wechselfeldes abgekühlt, welches läng der Richtung der Anisotropieachse der ferromagnet sehen Schicht orientiert ist, wobei die Amplitude die ses Feldes beispielsweise in der Größenordnung ve

20 Oerstedt liegt. Die beiden Schichten werden daher in der geschilderten Weise entkoppelt. Sodann wird eine Gesamtheit von Binärziffern mit einem einzigen Wert, beispielsweise 0, in die Anordnung durch lokalisierte Erwärmung der entsprechenden Speicherpunkte unter Einwirkung eines kontinuierlichen und orientierten äußeren Magnetfelds eingeschrieben, welches zur vollständigen Sättigung der ferromagnetische» Schicht in einer einaxialen Richtung ausreicht, wonach unter die Neel-Temperatur unter Einwirkung dieses Feldes abgekühlt wird, wodurch wieder eine Kopplung zwischen den Stellen der »beschriebenen« Speicherpunkte hergestellt wird, so daß die Blockierung der Magnetisierung in der ferromagnetische!! Schicht an diesen Stellen gewährleistet wird. Die Speicheranordnung stellt schießlich eine Anordnung mit einaxialer Anisotropie und gesättigter ferromagnetischer Schicht dar, weiche jedoch lediglich an allen Stellen eines der Binärziffernwerte, in diesem Fall 0, blockiert und im Gegensatz dazu frei zum vorübergehenden Ummagoetisieren an den Stellen des anderen Binärziffernwertes, in diesem Falle 1, ist. Ein Lesen des Werts 0 ergibt ein Signal Null, ein Lesen des Werts 1 ergibt ein Ausgangssignal des Speichers. Bei dieser Ausführungsform muß jedoch die magnetische

Anordnung während ihrer Verwendung einem schwachen Magnetfeld unterworfen werden, welches längs einer der beiden Richtungen der leichten Magnetisierungsachse der ferromagnetischen Schicht orientiert ist, damit die Magnetisierung der nicht gekoppelten Speicherpunkte nach jedem Lesezeitpunkt in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt wird.

Außer diesem Vorteil kann festgestellt werden, daß diese letztere Ausführungsform keine entmagnetisierenden Felder an den Stellen der Speicherpunkte aufweist, da die ferromagnetische Schicht im Ruhezustand in einer Richtung gesättigt ist, woraus sich die Möglichkeit einer größeren Informationsdichte des Inhalts als bei den vorher beschriebenen Ausfüh-¹S rungsformen mit zwei Richtungen längs der leichten Magnetisierungsachse zur Darstellung der eingeschriebenen Ziffern ergibt, bei welchen infolgedessen solche Entmagnetisierungsfelder auftreten.

Da darüber hinaus die ferromagnetische Schicht im Ruhezustand unabhängig vom Informationsinhalt des Speichers gesättigt bleibt, muß die Anordnung beim Schreiben nicht einem äußeren Magnetfeld unterworfen werden, vorausgesetzt, daß die ferromagnetische Schicht vorher in einer der beiden Richtungen ihrer »5 leichten Magnetisierungsachse gesättigt worden ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   * w -i,t«tnd und daß eine sehr dünne Schicht aufgebrachtsind uBoaaD Material zwi-

   ^l S^eS^SSscheSchicht(l)unddie

   > 1. Zerstörungsfrei auslesbarer ruhender Magnetschichtspeicher für binäre Informationen, mit 5 einer eine Speicherebene bildenden Magnet-'schichtstruktur, die wenigstens eine dünne ferromagnetische Schicht mit einachsiger Anisotropie Enthält, in welcher die Binärzeichen durch unterschiedliche Magnetisierungszustande von Speicherpunkten aufgezeichnet sind, und mit Einrichtungen zum zerstörungsfreien Ablesen der aufgezeichneten Binärzeichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschichtstruktur eine dünne Schicht aus einem antiferromagneti&chen ¹S Material enthält, dessen Neel-Temperatur oberhalb der normalen Lesebetriebstemperatur des Speichers liegt, daß die antiferromagnetische Schicht (1) wenigstens an den einem bestimmten Binärzeichen zugeordneten Speicherpunkten in ^ao enger Austauschkopplung mit der anisotropen ferromagnetischen Speicherschicht (2) steht, und daß die Binärzeichen auf magnetothermischem Wege in die Magnetschichtstruktur einschreibbar sind. »5
2. 2. Magneuchichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der antiferromagnetischen Schicht (1) in an sich bekannter Weise eine ferromagnetische Legierung ist, die ein eindiffundiertes zusätzliches Element enthält, das 3<> ihr die antiferromagnetische Eigenschaft erteilt.
3. 3. Magnetschichtspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Schicht (2) und die in enger Austauschkopplung mit dieser stehende antiferromagnetische Schicht (1) aus einer gemeinsamen Schicht dadurch gebildet sind, daß das zusätzliche Element >sur über einen Teil der Dicke der gemeinsamen Schicht eindiffundiert ist.
4. 4. Magnetschichtspeicher nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei Netze von zueinander senkrechten Leitern (8, 9) auf die Speicherebene aufgebracht sind, und daß die antiferromagnetische Schicht (1) in direktem Kontakt *s mit der ferromagnetischen Schicht (2) steht, an allen Stellen, die der Speicherung eines bestimnten Binärzeichens dienen und an denen die fen ■>magnetische Schicht (2) gesättigt ist, von dieser entkoppelt ist und nur an allen übrigen Stellen in 5» enger Austauschkopplung mit der ferromagnetischen Schicht (2) steht.
5. S. Magnetschichtspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei Netze von zueinander senkrechten Leitern (8,9) auf die Speicherebene aufgebracht sind, daß die antiferromagnetische Schicht (1) in direktem Kontakt und in enger Austauschkopplung mit der ferromagnetischen Schicht (2) steht und daß eine zweite ferromagnetische Schicht (5) mit der ersten Schicht über eine dazwischen eingefügte, sehr dünne Schicht (6) aus einem nichtmagnetischen Material gekoppelt ist.
6. 6. Magnetschichtspeicher nach Anspruch l,dadurch gekennzeichnet, daß zum Ablesen der Binärzeichen wenigstens zwei Netze von zueinander senkrechten Leitern (8,9) auf die Speicherebene ii «·» -Friert der

   g ist, um die diesen beiden tz, der eine hung der Magnetisie-