DE2130442A1 - Anordnung zum UEbertragen einwandiger Domaenen - Google Patents
Anordnung zum UEbertragen einwandiger DomaenenInfo
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Description
WESTERN ELECTRIC COMPANY INCORPORATED COPELAND III - 15 -
New York
Anordnung zum Übertragen einwandiger Domänen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Übertragen einwandiger Domänen mit einer Scheibe aus einem zur Führung
von einwandigen Domänen geeigneten Material und einer Übertragungsschaltung, mit der eine Bewegung bzw. Übertragung .
der einwandigen Domänen in der Scheibe von Position zu Position zwischen Eingangs- und Ausgangspositionen bewirkbar ist.
Eine einwandige Domäne ist ein magnetischer Bezirk, der durch eine einzige, in sich geschlossene Domänenwand begrenzt ist
und sich in der Übertragungsebene eines Materials frei bewegen kann. Ein typisches Material für eine derartige Anordnung
ist ein Orthoferrit der seltenen Erden oder ein Granatkristall mit einer bevorzugten Magnetisierungsrichtung längs
einer die Bewegungsebene durchstoßenden, nominell normal
zur Bewegungsebene verlaufenden Achse. Es ist zweckmäßig, eine Richtung längs dieser Achse (d.h. die positive Richtung)
als die Magnetisierungsrichtung der Domäne zu bezeichnen, während das Umgebungsmaterial eine negative magnetische Polarisationsrichtung
hat. Bei einer solchen Übereinkunft kann eine Domäne als in einem Feld von negativen Zeichen eingeschlossenes
Pluszeichen oder einfach als Kreis dargestellt
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werden. Eine einwandige Domäne und eine Anordnung zum Steuern solcher Domänen ist in der US-PS 3 460 116 beschrieben.
Einwandige Domänen werden in einer Materialscheibe vorzugsweise
durch ein Vorspannungsfeld mit nach der vorstehenden
Konvention negativer Polarität auf einen vorgegebenen Durchmesser gezwungen. Die Domänenbewegung in der Scheibe bzw.
Platte wird von einem Feld (d.h. einem Peldgradienten) hervorgerufen, das an fortlaufend gegeneinander versetzten Positionen
von der durch eine Domäne eingenommenen Position vorgesehen ist.
Die Domänen-bewegende Feldgradienten werden durch Impulse hervorgerufen, welche an eine Reihe von Leiterschleifen an
der Oberfläche des die Domänen führenden Materials angelegt werden. Durch Pulsen einer Folge von Leitern, die fortlaufend
gegenüber der von einer Domäne eingenommenen Position versetzt sind, werden fortlaufend versetzte Feldgradienten entwickelt,
welche eine Domänenverschiebung bewirken. In der praktischen Ausführung sind die Leiter miteinander in drei Gruppen zusammengeschaltet,
um einen üblichen Dreiphasen-Schieberegisterbetrieb für die Domänenmuster zu bewirken. Eine Übertragungsanordnung dieser Art ist in der oben genannten US-PS 3 460
angegeben.
Generell wird Information in einem Domänen-Übertragungskanal
in Binär-Form dadurch dargestellt, daß das Vorhandensein einer
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Domäne an einer bestimmten Position eine "Eins" und das Fehlen einer Domäne eine "Null" bedeutet. Bei einer solchen
Anordnung kann eine Domäne während der Übertragung von einer Position in eine benachbarte Leerstelle überwechseln,
wodurch ein doppelter Fehler in der gespeicherten Information hervorgerufen wird. Außerdem ist es zum
Ändern einer derart gespeicherten Information erforderlich, Domänen entweder neu zu erzeugen oder zu beseitigen.
Solche Operationen erfordern zusätzliche Schaltelemente und außerdem Eingangsströme, die erheblich größer als die
zur Übertragung von Domänen benötigten Ströme sind. Darüber hinaur ί ct der Minimalabstand zwischen den Domänen wegen
der zwischen diesen wirksamen gegenseitigen Abstoßkräfte in der Größenordnung von vier Domänendurchmessern in einem
Material mit niedriger Koerzitivkraft.
Das Hauptproblem bei bekannten Anordnungen liegt darin, daß sie keine Möglichkeit zur Reduzierung des Minimalabstandes
zwischen aufeinanderfolgenden Positionen oder der Einsparung der Schaltung zum Erzeugen und Beseitigen von
Domänen bieten.
Ausgehend von einer Anordnung der eingangs angegebenen Art schlägt die Erfindung zur Lösung dieses Problems vor, daß
die Anordnung zusätzlich eine in jeder Domänenposition eine G^-ntc und eine zweite stabile Stelle für eine Domäne definierende
Einrichtung aufweist, die im Zusammenwirken mit
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der Übertragungsschaltung die Domänen zwischen gleichen
Stellen in aufeinanderfolgenden Positionen übertragen kann·
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert· In der Zeichnung zeigen:
Fig· 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungs—
form der neuen Anordnung zum Übertragen eink
wandiger Domänen;
Fig. 2
und 3 schematische Darstellungen eines Teils der Anordnung nach Fig· 1, wobei deren magnetische
Betriebsbedingung gezeigt ist; und
Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Teils der in Fig. gezeigten Anordnung.
Ein Übertragungskanal für einwandige Domänen ist in einem platten- oder scheibenförmigen Material, in welchem Domänen
fc bewegt werden können, durch einen Streifen aus magnetisch weichem Material definiert, der an bzw, nahe der Oberfläche
der Scheibe angeordnet ist und sich von einer Eingangsstelle bis zu einer Ausgangsstelle erstreckt. Das Verhältnis der
Dicke zur Breite des Streifens ist so gewählt, daß eine stabile Stelle für eine Domäne an jeder seiner Seiten definiert ist·
Ein Paar verschachtelt angeordneter Leiter ist den Streifen mehrfach kreuzend angeordnet und definiert eine Folge von
Positionen, von denen jede ein Paar jener Stellen umfaßt. Wenn die Leiter abwechselnd gepulst werden, bewegen sich
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Domänen zu gleichen Stellen aufeinanderfolgender Stellenpaare.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, daß ein
Einzelleiter zum Bewegen der Domänen verwendet wird. Permal loy-Punkte oder Ausnehmungen werden dabei verwendet, um
die mit Hilfe des Leiters bewegten Domänen zu versetzen, wobei sie entsprechend einem zweiten Leiter wirksam sind.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung zum Übertragen einwandiger Domänen mit einer Scheibe oder Platte 11, in der ein repräsentativer
Kanal für die Domänenbewegung definiert ist. Der Kanal umfaßt einen magnetisch weichen Streifen 12, beispielsweise
aus Permalloy niedriger Koerzitivkraft, der mit der durch die strichpunktierte Linie 13 in Fig. 1 dargestellten
Kanalachse ausgerichtet ist. Die Kanalachse ist zum Herstellen eines Informationsumlaufs als geschlossene Schleife vorgesehen.
Der Streifen 12 wird mehrfach durch elektrische Leiter 14 und 15 gekreuzt, die gegeneinander versetzt sind und
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Schlangenliniengeometrie haben. Die Leiter sind zweckmäßigerweise auf entgegengesetzten
Seiten einer Kunststoffunterlage und angrenzend an die Platte 11 angeordnet.
Die sich wiederholenden Muster der Leiter definieren aufeinanderfolgende
Positionen der einwandigen Domänen längs des Kanals. Die einwandigen Domänen sind in Fig. 1 mit D bezeichnet.
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Der Permälloy-Streifen 12 definiert an jeder seiner Seiten
eine stabile Stelle für eine Domäne, und zwar an jeder von den Leitern definierten Position. Daher können die in der
Ansicht gemäß Fig. 1 unter dem Streifen 12 liegenden Stellen zur Darstellung einer binären Null und die oberhalb des
Streifens gelegenen Stellen als binäre Eins definiert werden. Bei Betrieb werden normalerweise alle der binären Null zugeordneten
Stellen von Domänen zum Umlauf in der Schleife 13 belegt, wenn die Leiter 14 und 15 abwechselnd zunächst
mit positiven und danach mit negativen Impulsen gepulst werden. Wenn eine binäre Eins an einer besonderen Position benötigt
wird, so wird die die der Null zugeordnete Stelle belegende Domäne an dieser Position zu der einer Eins entsprechenden
Stelle bewegt, wie dies in Fig. 2 für die Domäne D gezeigt ist.
Die Bewegung einer Domäne von einer einer Null zugeordneten Stelle zu einer "Eins"-Stelle wird durch eine Eingangsleitung
20 bewirkt. Die Leitung 20 ist zwischen einer Eingangsimpulsquelle 21 (Fig. 1) und Erde eingeschaltet. Wenn ein
Impuls mit einer für das Einschnüren der Domänen geeigneten Polarität von der Quelle 21 an die Leitung 20 angelegt wird,
wird die Domäne D (Fig. 2) zu einer "Eins"-Stelle getrieben. Wenn ein Impuls mit einer domänen-anziehenden Polarität
angelegt wird, bewegt sich die Domäne D zu der in Fig. 3 gezeigten "Null'^Stelle. Eine selektive Betätigung der Leitung
20 führt ein Domänenmuster an den ersten und zweiten
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Stellen für eine Bewegung durch fortlaufend gegeneinander versetzte Felder ein, wenn die Leiter 14 und 15 gepulst werden,
und stellt demgemäß eine Binär-Information im Kanal dar.
Die so gebildete und im Kanal bewegte Information wird an einer mit einem Kreuz markierten Ausgangs- bzw. Ausgabestelle
bestimmt. In der Praxis wird eine übliche elektrische Sonde so angeordnet, daß sie den Durchlauf einer Domäne an einer
"Eins"-Stelle an der Ausgangsposition anzeigt. Die Sonde kann
eine einfache Leiterschleife oder ein Hall-Meßfühler sein,
oder die Messung wird durch optische Einrichtungen, z. B. unter Ausnutzung des Faraday- oder Kerr-Effekts durchgeführt.
Derartige alternative Ausführungsformen sind bekannt und werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht im einzelnen
erläutert. Ein auf diese Weise erzeugtes Signal wird einer Verbraucherschaltung 24 (Fig. 1) zugeführt.
Der Durchmesser einer Domäne in der Anordnung nach Fig. 1 wird durch ein Vorspannungsfeld, das aufgrund seiner Polarität
die Domänen einschnürt bzw. zusammendrückt, auf einem Sollwert gehalten. Eine ein solches Feld erzeugende Quelle
ist in Fig. 1 durch den Block 25 dargestellt. Die Quellen und 25 und die Schaltung 24 sind an eine der Synchronisation
und Steuerung dienende Steuerschaltung 26 angeschlossen.
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Es ist von Bedeutung, daß ein Übertragungskanal gemäß der Erfindung eine Vielzahl aufeinanderfolgender Domänen-Positionen
umfaßt, von denen jede erste und zweite stabile Stellen aufweist, die gegeneinander seitlich versetzt sind
und dadurch ein Stellenpaar für. jede Position bilden. Die Gruppen der ersten und zweiten Stellen in einem einzigen
Übertragungskanal definieren ihrerseits zugehörige Binäreinsbzw . Binärnull-Kanäle.
Aus dieser neuen Anordnung ergeben sich verschiedene Vorteile, Zunächst besteht keine Notwendigkeit, Domänen zu erzeugen
oder zu beseitigen. Vielmehr können binäre Nullen umlaufen gelassen werden und brauchen nur zu den zugehörigen "Eins"-Stellen
zum Darstellen der Information verschoben werden. Zweitens wird ein nur relativ geringer Strom zur Verschiebung
einer Domäne benötigt. Da eine seitliche Bewegung von Domänen gesperrt ist und die längs des Kanals wirkenden gegenseitigen
Abstoßkräfte sich zwischen den vorhergehenden und nachfolgenden Domänen jeweils aufheben, ergibt sich drittens eine
Informationsverlusten entgegenwirkende relativ starre Struktur, die zu einer Erhöhung der erzielbaren Besetzungsdichten
führt. Als Ergebnis werden Mindestdomanenabstande von zwei Domänendurchmessern erreicht.
Die Realisierung von zwei stabilen Stellen an jeder Bit-Position hängt von dem Verhältnis von Dicke zu Breite des
Permalloy-Streifens und dem Verhältnis der Breite des
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Permalloy-Streifens zum Durchmesser der zu bewegenden Domäne
ab. Wenn das Verhältnis von Dicke zu Breite des Permalloy-Streifens nicht kleiner als das Verhältnis der Domänenmagnetisierung
zur Permalloy-Magnetisierung ist, besetzen die Domänerv^ositionen direkt unterhalb des Permalloy-Streifens
anstatt in den ersten oder zweiten stabilen Positionen. Der Grund hierfür liegt darin, daß die internen Entmagnetisierungsfelder
in dem Permalloy-Streifen, die proportional zum Produkt der Permalloy-Magnetisierung und der Dicke des
Streifens, geteilt durch die Breite des Streifens sind, über den größten Teil des Streifenvolumens kleiner als das externe
Entmagnetisierungsfeld der Domäne sein müssen, um ein Energieainimum zu vermeiden, wenn eine Domäne eine Position direkt
unter dem Streifen einnimmt.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Platte 11 und die Leiter
14 und 15 entlang der Linie 4-4 in Fig. 3. Die beiden stabilen Positionen sind als "1" und "0" Seiten angegeben.
Die Domäne ist auf der "O"-Seite mit ihrer Wand unter dem
Streifen 12 gezeigt.
Die seitliche Lage- der Domäne ist stabil, wenn die Länge der Domänenwand unterhalb des Permalloy-Musters auf einem
lokalen Maximum ist. Für einen einzelnen Permalloy-Streifen gibt es zwei stabile seitliche Positionen nur dann, wenn
die Breite des Streifens kleiner als der Durchmesser ist.
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Die Größe der zur Bewegung einer Domäne von der "NuIl"-zur
"Eins"-Stellung erforderlichen Kraft ist am höchsten, wenn die Streifenbreite etwa gleich der Hälfte des Domänendurchmessers
ist, so daß diese Breite für Kanalabschnitte optimal ist, in denen nur eine Domänenübertragung stattfindet.
Eine Verringerung der Streifenbreite auf etwa 20 % des Domänendurchmessers ist an den Ausgangspositionen vorteilhaft,
um die seitliche Trennung zwischen den MNull"- und "Eins"-Stellungen zu vergrößern.
Eine Vergrößerung der Streifenbreite auf etwa 70 % des Domänendurchmessers
ist an den Eingangspositionen vorteilhaft, um den für die Verschiebung der seitlichen Lage der Domäne
benötigten Strom zu verringern·
In der praktischen Ausführung kann die Platte 11 in Ersatz des Streifens 12 genutet sein (Nut 30 in Fig. 4).
Bei einem illustrativen Ausführungsbeispiel werden Domänen mit einem Durchmesser von 100 Mikrometer in einer Scheibe
aus Thuliura-Orthoferrit von 50 Mikrometer Dicke bewegt, wobei jede Domäne eine Magnetisierung von 0,01 Weber pro Quadratmeter hat· Der Übertragungskanal ist durch einen Permalloy-Streifen
mit einer (Magnetisierung von 0,8 Weber pro Quadratmeter und einer) Koerzitivkraft von 300 A/m (weniger als
vier Oe), einer Breite von 50 Mikrometer und einer Dicke von
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50 Nanometer gebildet. Ein Vorspannfeld von 2000 A/m hält den Domanendurchnies ser aufrecht, und Ströme von etwa 50
Milliamperes rufen die Domänenbewegung hervor. Die Domänen haben während des Betriebs einen gegenseitigen Abstand von
etwa 200 Mikrometer. Schreibströme von etwa 40 Milliamperes werden verwendet.
Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel kann in vielfacher Hinsicht abgewandelt werden. So kann beispielsweise
eine andere Leiter—Konfiguration wie diejenige gemäß den
Fig. 2 und 3 zum Hervorrufen der Felder verwendet werden.
Außerdem reicht eine Hälfte der Anordnung (d. h. ein Binär-Eins-Kanal)
aus, um die Vorteile der Erfindung nutzbar zu machen.
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Claims (10)
- Patentansprüche(l/L Anordnung zum Übertragen einwandiger Domänen mit einer Scheibe aus einem zur Führung von einwandigen Domänen geeigneten Material und einer Übertragungsschaltung, mit der eine Bewegung bzw. Übertragung der einwandigen Domänen in der Scheibe von Position zu Position zwischen Eingangs- und Ausgangspositionen bewirkbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zusätzlich eine in jeder Domänen-Position eine erste und eine zweite stabile Stelle (D in Fig. 2 und 3) für eine Domäne definierende Einrichtung (12) aufweist, die im Zusammenwirken mit der Übertragungsschaltung (14, 15) die Domänen zwischen gleichen Stellen in aufeinanderfolgenden Positionen übertragen kann. - 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch geken nzeichnet, ' daß die Einrichtung (12, 30) zum DefinierenP einer ersten und einer zweiten stabilen Stelle einen Permalloy-Streifen (12) aufweist, der sich zwischen den Eingangs- und Ausgangspositionen erstreckt und dessen Dicke und Breite so gewählt sind, daß die erste und die zweite Stelle auf jeder seiner Seiten definiert sind.
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Domänen (D) eine erste Magnetisierung und der Permalloy-Streifen (12) eine zweite Magne-109853/1688tisierung hat, wobei das Verhältnis der Dicke zur Breite des Streifens (12) kleiner als das Verhältnis der ersten zur zweiten Magnetisierung ist.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Permalloy-Streifen (12) eine solche Geometrie besitzt, daß das innere Entmagnetisierungsfeld kleiner als das Entmagnetisierungsfeld einer Domäne (D) in der Materialscheibe (11) ist.
- 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Permalloy-Streifens (12) kleiner als der Durchmesser einer Domäne (D) in der Materialscheibe (11) ist.
- 6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite des Permalloy-Streifens (12) gleich dem Radius einer Domäne (D) in der Materialscheibe (11) ist.
- 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Definieren der ersten und zweiten stabilen Stellen durch eine Nut (30) in der Materialscheibe (11) gebildet ist, die sich zwischen den Eingangs- und Ausgangspositionen erstreckt.109853/168814 2130ΛΛ2
- 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Einrichtung (12, 30) zum Definieren erster und zweiter stabiler Stellen an der Ausgangsposition kleiner als an jeder anderen Position ist.
- 9· Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Breite der eine erste ™ und zweite stabile Stelle definierenden Einrichtung (12, 30) an der Eingangsposition größer als an allen anderen Positionen ist.
- 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsanordnung eine Schaltung (20, 21) zum selektiven Bewegen der Domänen zwischen den ersten und zweiten stabilen Stellen an der Eingangsposition und eine Einrichtung (24) zum selektiven Bestimmen der Domänen an der Ausgangsposition aufweist.Ϊ09853/168 8
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