DE1921700C3 - Einrichtung zur elektronischen Speicherung großer Datenmengen - Google Patents

Einrichtung zur elektronischen Speicherung großer Datenmengen

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DE1921700C3 DE1921700A DE1921700A DE1921700C3 DE 1921700 C3 DE1921700 C3 DE 1921700C3 DE 1921700 A DE1921700 A DE 1921700A DE 1921700 A DE1921700 A DE 1921700A DE 1921700 C3 DE1921700 C3 DE 1921700C3
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Description

Die Erfindung bezieht sieh auf eine Ei iirichtung zur elektronischen Speicherung großer Datenmengen, vorzugsweise für Programmspeicher- oder Bildspeichersysteme, bei der auf einer bei der Betriebstemperatur des Speicherelementes supraleitenden Trägerplatte eine Isolationsschicht und auf dieser wiederum eine bei der Betriebstemperatur supraleitende Schicht aus vorzugsweise Supraleitcr-Typ-II-Material aufgedampft ist.
Solche Einrichtungen sind in verschiedenen Ausführungen schon bekannt ge·, orden, die auf dem Prinzip der thermoplastischen Verformung einer Oberflächenschicht beruhen. Diese Einrichtungen erfordern relativ hohe Zugriffs- und Einspeicherzeiten Ferner sind Speicherelemente bekanntgeworden, die mit luminophorcn Stoffen besetzt sind. Auch hier sind clic Einspeicher- und Zugriffs7citen relativ hoch.
Ein- weitere vorgeschlagene Einrichtung, die voi allem zur Speicherung großer Datenmengen geeignet ist. und bei dci die Zugriffs/eilen bedeutend reduziert sind, bezieh" sich auf ein Eii:kimnenstr.ahlsvs!cm /ι,τ Aufbringung von Informationen auf eine Halbleiter schicht, die auf einer Leiterplatte aufgetragen ist. und !>ci der das !:lcktroncn:>trahl-.ys:cm die Information in Form eines Ladungs- oder L.citfähigkeitsbildes aufzeichnet, wohci dieses F.lektronenstratr'-ystem über eint vorgeschaltete Adressiereinheit gesteuert wird Zur Regenerierung des Intensitätsverlust js der aufge brachten Information ist hierbei eine geeignete Vm nelituiig zur I r neuen* up der Ir. for-via tion erforderlich, riner Ί diir'-h Wc '■::<■. r Λ uslciieschtif!
suprileileti •.pit«·' aridi
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rem ein erheblicher Verdrahtungsaufwand erforderlich, vor allem aber gehen die gespeicherten Informationen bei Abschaltung der elektrischen Vei -sorgung verloren.
Die vorliegende Erfindung hat sich nun die AuI:- gabe gestellt, eine Speichereinrichtung zu schaffen, die ebenfalls eine hohe Speicherplatzdichte, eine hohe Auslese- und Einschreibegeschwmdigkeit aufweist, jedoch ein zerstörungsfreies Informationsauslesen er-
»° möglicht und einen geringen Adressier- und Ausleseaufwand erfordert. Außerdem sollen die eingegebenen Informationen 'auch bei Abschalten der elektrischen Versorgung des Systems aufrechterhalten bleiben.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf der supraleitenden Schicht Magnetteilchen in regelmäßi gen Abständen oder als homogene Schicht aufge bracht sind, welche durch einen Elektronenstrahl je nach dessen Auftreffpunkt in der Mitte oder ?m Rand
»o der Magnetteilchen in fünf unterschiedliche Arten orientierbar sind.
Durch diese Maßnahmen wird gegenüber den vorbeschriebenen, zum Stand der Technik zählenden Speichereinrichtungen ein Informationsträger ge-
schaffen, der die eingelesenen Informationen auch noch nach Abschaltung der gesamten elektrischen Versorgung zerstörungsfrei beibehält. In Weiterentwicklung schlägt die Erfindung vor, daß dem Speicherelement zum Empfang der von den Speicher-So platzen abgegebenen Informationen ein einziges Detektorsystem, gegebenenfalls mit einem Frequenz-Diskriniinierungssystem, zugeordnet ist und dem Speicherelement zum Einschreiben und Auslesen weiterhin vorzugsweise eine einzige Elektronenkanone mit einem Abic-.ik- und BeschleiiPigungs'ystem zugeordnet ist
Die Grundeinheit des Speicherelcmer.tes der erfindungsgemäßen Einrichtung, die sich aus drei Schieb ten zusammensetzt, bildet einen sogenannten Joseph son-Kontakt. Auf die obere supraleitende Schicht dieses Kontaktes sind Magnetteilchen in dichten, regelmäßigen Abständen oder in Form einer dünnen homogenen ferromagnetischcn Schicht aufgedampft. Die Erfindung ist nachfolgend beschrieben und gczeichnet. Es zeigt
F i g. 1 eine sehematischc Darstellung der Speichcremrichtung.
Fig 2 eine schcmatische Darstellung in vergrößertem Maßstab der orientierten Magnetteilchen an den
.10 Speicherplätzen.
Fig. λ ein Ausführungsbeispiel dei Kennung dci Informationen 0 bis 4.
Auf einet bei günstiger Tempeiatur. vorzugsweise dei ik luimteinperaiiu von 4,2° K. supraleitend!·;·.
'■·'-, Tr.'.gu'ipii'.t'.e 1! wird eine dünne Isolationsschicht 12 aufgebracht. Auf diese Isolationsschicht 12 und ;-:rn bei dieser ! temperatur supraleitende zweite Schic1 ' t3 aufgedampft, die vorzugsweise aus einem Typ M oder Typ Ml-Supraleitei besteht. Hieimit werden he
fio sondere Arten von sogenannten »harten« Supraleitern bezeichnet, deren Kennzeichen es ist. daß sie zwei voneinander verschiedene kritische Feldstärken haben, so daß bei Überschreiten der kritischen !VUI-stärkc HC nicht der eesamte Supraleiter norm;·! i'-i-
'". lern! μγΊ smilerti mn Teile da μ ! mcm .'ι<ί NchieniiMi M. >2. '.' bilden zusammen einen Mif. nannten losephson- Kontakt, tier eharaktenstiscii 1 :!'<■·;-.. Ί:ι|···ΐι hei ('.ιι·ιη St toiuf lull 'iutc!' .!ie:,i :<
Kontakt zeigt. So ist es beispielsweise möglich, daß ein Strom bis zu einer gewissen Grenzstromstarke lü über diesen Kontakt fließt, ohne daß eine Spannung über diesem Josephson-Kontakt auftritt. Dies geichieht durch sogenanntes quantenmechanisches Tunneln von supraleitenden Elektronen durch die dünne Isolationsschicht 12. Erreicht dieser sogenannte Tunnelstrom den Grenzwert Ic, so tritt ein Spannungsabfall in der Isolationsschicht auf. Dabei entsteht in dieser Isolationsschicht eine hochfrequente Oszillation der Elektronen. Es tritt kein zusätzlicher Gleichstrom auf. Legt man ein Magnetfeld über einen Josophson-Kontakt und verändert dieses Magnetfeld, so tritt die als »d-c-Josephson-Effekt« bekannte Ab hängigkeit des Josephson-Stromes über diesen Koniakt vom Magnetfeld auf. Bei der Oszillation dieses Josephson-Stromes wird gleichzeitig eine elektromagnetische Welle abgestrahlt, welche vorzugsweise im Ktikrowellenbereich liegt. Die Intensität und die Frequenz dieser elektromagnetischen Welle ist eine Funktion der Zahl und Geschwindigkeit der Elektronen, die durch den Josephson-Kontakt fließen, und des angelegten Magnetfeldes selbsi.
Um nun Informationen auf diesem sogenannten !•jsephson-Kontakt speichern zu können, werden auf -Jie obere supraleitfähige Schicht 13 von vorzugsweise Typ II-Supraleiter kleine Magneiteilchen 14 aufgedampft. Zum Aufdampfen dieser Magnetteilchen 14 wird die Supraleiterschicht 13 in ein Magnetfeld gebracht, dessen Stärke zwischen den beiden kritischen Feldern Wcl und H1 , ist, wobei die Dichte der Speicherplätze 15 durch den Abstand der auftretenden Aprikosov-Wirbel gesteuert wird. Diese Wirbel treten beim teilweisen Eindringen von Magnetfeldern in Typ II-Supraleitcr bei Feldstärken oberhalb H1 , auf. Das Magnetfeld dringt »fadenförmig« ein und wegen der Energieminimierung sind diese Fäden äquidistant. Die den einzelnen Faden umgebenden Magnetlinien erzeugen auf der Oberfläche des Typ Il-Supraleiters ein Wirbelgitter, das den Namen »Aprikosov-Wirbel«·· führt. Diese Wirbel ordnen sich bei geeigneter Güte und Reinheit des Supraleiters automatisch völlig regelmäßig in einem Dreiecksgitter an. Bringt man nun diesen im Magnetfeld befindlichen Supraleiter in ein Vakuum, befestigt dann darüber vorzugsweise einen Eisen- oder Nickeldraht, und schickt durch diesen einen Strom, der ihn zum Glühen bringt, so treten aus diesem Draht kleine Magnetieilchcn 14 aus, die sich hei geeigneter Dimensionierung des Drahtabstandes zur SupraleiterplaKe 13 und geeigneter Dimensionierung des Heizstromes, nur an den Kernen 15 der Aprikosnv-Wirbel absetzen. An den Kernen dicer ■\pnkosov-Wirbel zeigt der SupialeiUT Noimallei-UiiH'. Ί.ΐι. dei Ordiiungsparametei verschwindet. In Jen anderen Gebieten des Supraleiters 13 verhindern ■Jii Vi der /uinäherung der Magneiteilchen 14 an die supraleitenden Bereiche des Leitet·, aufirelenden Supras!;urne, daß diw Magncttrilehcn sieh niederschlagen können. Die Magnetteilchen 14 besitzen also nur an den Kernen 15 der Aprikosov-Wirbel eine Anlage rungsmöglichkeit.
Eine weite:· Methode zui Aufbringung der Ma-UiiiMtdlchi η 14 benutzt einen Elektronenstrahl, der ■ine Slromstaik'j im Supraleiter erzeugt, welche grö '■■■ · .!K -IiC '·.'. '\ν·ι !'ν Stinmstiirkc / ist. Am Auftreff -ip-K· 30 <ii · -itrahlt1'. .ml ilen Siipraleiti r 13 wird ein :)i>'ir,ailcit>. iuli·! Bezirk ci/eui'l. auf den nach dem ■■rM.mhesclinrben.··!! Vorjahren Maimetteilchcn aufgebracht werden können.
Nachdem die Magnetteilchen 14 dergestalt auf einem Speicherplatz Ϊ5 aufgebracht worden sind, wird der Elektronenstrahl auf den nächsten gewünschten Speicherplatz, dessen Abstand vom vorigen Speicherplatz bis zur Kohärenzlänge des Supraleiters 13 als Minimum frei wählbar ist, eingerichtet und das Verfahren wiederholt, bis alle gewünschten Speicherplätze IS erzeugt sind. Dieses Verfahren hat gegcnüber dem zuerst beschriebenen den Vorteil, daß die beim ersten Verfahren benötigten Justierarbeiten zur Einstellung des Elektronenstrahls wegfallen. Das bej der Erzeugung des Gitters nach dem zweiten Verfahren verwendete Ablenkungsystem für die Elektronenkanone kann bei geeigneter Ausbildung des Spei chersystems und des »speicherplatzerzeugenden Systems« nach erfolgter Festlegung des Speichergitters als Lese- und Schreibstrahl verwendet werden.
Die Orientierung der Magnetteilchen 14, die auf jedem Speicherplatz 15 liegen, geschieht durch einen Elektronenstrahl, der in jj^eigneter Weise auf den Speicherplatz 15 gerichtet wird, und die kleinen Permanentmagnete mit dem ihn umgebenden Magnetfeld orientiert. Die Stärke dieses Elektronenschreibstrah-2S les muß groß genug sein, damit eine Umorientierung «.1er Magnetteilchen möglich ist. Durch Wahl des Auftreffpunktes 30 auf dem Supraleiter 13 in der Mitte 0 der Magnetteilchen 14 werden diese alle in einer Richtung (Fig. 3 bis U) ausgerichtet. Trifft, wie die F i g. 3 der Zeichnung zeigt, d;r Elektronenstrahl nahe außerhalb des Magnetteilchenringes 15 auf, so orientiert er einen Teil der Magnetteilchen 14 um. Durch Wahl von mehreren Auftreffpunkten 31, 32, 33, 34 des Elektronenstrahlers außerhalb und längs des Magneiteilchenringes 15, so wie auch durch den in der Mitte 30 auftreffenden Strahl, sind mehrere Gesamtoricntierungsgrößen des Magnetteilchenringes 15 möglich, wie in der F i g. 3 gezeigt. Daraus ergibt sich beispielsweise die Kennung für 0, 1, 2, 3 und 4. Diese Orientierung geschieht vorzugsweise durch den einzigen Elektronenstrahl mit dem ihm zugeordneten Ablenksystem. Auf diese Art und Weise ist der Bau eines Mehrfachwertspeichers möglich Aus einem einzigen Speicherplatz bzw. Magnetteilchenring 15 können gemaß dem vorbeschriebenen Ausfühiungsbeispiel also 5 Informationen ausgelesen werden.
Das Auslesen der am Speicherplatz gespeicherten Informationen geschieht vorzugsweise durch denselben Elektronenstrahl, der zur Speicherplatzerzeugung und zum Einschreiben der Information an diesem Speicherplatz verwendet worden ist. Zum Auslesen wird der Elektronenstrahl jedoch mit so geringer Energie betrieben, daß eine Umorientierung ohne besondere Maßnahmen nicht erfolgt. Ti ifft der Elektrnnenstrahl auf den Supraleiter 13 auf, so wird das Magnetfeld, das den Elektronenstrahl umgibt, wechselseitig virkcn mit dem Magnetfeld, das von d^n Magnetteilchen 14 erzeugt wird, und die Eleküoti η (ies Elektronenstrahles· bremsen oder beschleunige 6o Dies tritt durch den nicht symmetrischen Verlauf des Magnetfeldes der Magnetteilchen 14 in Elektroiiensirahlrichtung auf. Im R;:um außerhalb des Supraleiters 13 fällt das Magnetfeld mit dem Abstand von den Magnetteilchen mit cinci anderen Funktion als im Sut>5 praieiter 13 .ib. Durch di·1 dadurch auftretende Änderung der Geschwindigkeit dei Elektronen, die im Supraleiter in supraleitende Elektronen umgewandelt werden, d. h. Mektruneniaare bilden wird die Strom-
dichte in der Isolationsschicht 12 des Josephson-Kontakts gesteuert. Dadurch wird die Frequenz und die Intensität der abgestrahlten elektro-magnetischen Welle geändert, so daß durch die austretende Intensität und Frequenz dieser Welle der Inhalt des Speicherplatzes 15, d. h. dessen Orientierung der Magnetteilchen 14, ausgelesen werden kann. Diese elektromagnetische Strahlung tritt an der Isolationsschicht 12 seitlich aus und kann durch ein frequenzselektierendes System in seine einzelnen Frequenzen zerlegt wetden. Durch geeignete Detektoren 20 wird dann nach diesen Frequenzen und den Intensitäten unterschieden und dadurch die Information des Speicherplatzes 15 zur Weiterverwendung bzw. zur Wiederverwendung im elektronischen System des Rechners frei.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;
1. Einrichtung zur elektronischen Speicherung großer Datenmengen für Programmspeicher- oder Bildspeichersysteme, bei d<:r auf einer bei der Betriebstemperatur des Speicherelen.cntes supraleitenden Trägerplatte eine Isolationsschicht und auf dieser wiederum eine bei der Betriebstemperatur supraleitende Schicht aus vorzugsweise »Supraleiter-Typ-II-Material« aufgedampft ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der supraleitenden Schicht (13) Magnetteilchen (14) in regelmäßigen Abständen oder als homogene Schicht aufgebracht sind, welche durch i;inen Elektronenstrahl je nach dessen Auftreffpunkt (31, 32, 33, 34) in der Mitte oder am Rand der Magnetteilchen (14) in fünf unterschiedliche Arten (0, 1, 2, 3, 4) orientierbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicherelement (10) zum Empfang der von den Speicherplätzen (15) abgegebenen Informationen ein einziges Detektorsystem (20) gegebenenfalls mit einem Frequenz-Diskriminierungssystem zugeordnet ist.
3. Einrichtung nach der. Ansprüche:'. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicherelement (Ifli) zum Einschreiben und Auslesen eine einzige Elektronenkanone, mit einem Ablenk- und Besäileuniy.ungssysiern zugeordnet ist.
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DE1921700B2 DE1921700B2 (de) 1973-08-09
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