DE2156278A1 - Magneto-elektrischer Wandler zum Abfühlen von magnetischen Bläschendomänen - Google Patents

Description

Böblingen, 10. November 1971 bu-fr/sz

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 970 068

Magneto-elektrischer Wandler zum Abfühlen von magnetischen Bläschendomänen

Die Erfindung betrifft eine Abfühlanordnung mit magneto-elektrischem Wandler zum Feststellen von in einer Oberflächen-polarisierten Magnetschicht auftretenden, im hierzu umgekehrten Sinne polarisierten, durch ein starkes Magnetfeld stabilisierten, magnetischen Bläschendomänen, die durch selektiv anregbare Magnetfelder von einer Stelle der Magnetschicht zur anderen verschiebbar sind, im Ansprechen auf ihre jeweilige Streufelder und mit einem Stromkreis zum Ausnützen der beim jeweiligen Feststellen einer Bläschendomäne erzeugten Signale.

Wie in mehreren im Heft "IEE Trans. Magn.", Band MAG-5, Seiten 544-561, September 1969 veröffentlichten Arbeiten im einzelnen beschrieben, bestehen zylindrische magnetische Domänen in gewissen magnetisierbaren Medien, wie z.B. in Orthoferriten, und werden durch ein Stabilisierungsmagnetfeld stabilisiert, das in Normalrichtung zum magnetisierbaren Medium angelegt wird. Durch dieses äußere Magnetfeld werden gewissermaßen äußerst kleine magnetische Inseln mit bestimmer Polarität im Medium entgegengesetzter magnetischer Polarität geschaffen. An diesen angegebenen Stellen ist weiterhin beschrieben, auf welche Weise diese Bläschendomänen, wie diese magnetischen Inseln genannt sind, innerhalb des Mediums von einer Stelle auf die andere geschoben werden können. Die

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hierzu erforderlichen selektiv bereitstellbaren magnetischen Pole lassen sich entweder durch entsprechende Magnetisierung von auf dem magnetischen Medium aufgebrachten magnetisierbaren Streifen, insbesondere Permalloy, erstellen oder aber auch durch Leiterschleifen, die auf dem magnetisierbaren Medium aufliegen und selektiv durch entsprechende Stromzuführung erregbar sind.

In der Veröffentlichung "Magnetic Film Domain-Wall Motion Devices" in IEE Trans. Magn., Band MAG-6, Nr. 3, September 1970, Seite 451 bis 463 sind auf der Seite 458 mehrere Verfahren befc schrieben, um magnetische Bläschendomänen abfühlen zu können. Es läßt sich jedoch ohne weiteres ersehen, daß keines dieser Verfahren im besonderen Maße geeignet wäre, magnetische Bläschendomänen mit sehr geringem Durchmesser abfühlen zu können. Nimmt nämlich der Bläschendomänendurchmesser ab, dann ist dies gleichzeitig auch für die die Bläschendomänen jeweils begleitenden magnetischen Flüsse der Fall. Das bedeutet aber, daß die Empfindlichkeit entsprechender Abfüh!anordnungen im gleichen Maße wachsen müßte, wenn Bläschendomänen in angemessener Weise erfaßt werden sollen.

Es läßt sich feststellen, daß alle bekannten Verfahren zum Abfühlen von Bläschendomänen nachteilig sind, wenn die Größe dieser P Bläschendomänen abnimmt. Andererseits ist es jedoch sehr zweckmäßig, wenn Bläschendomänen mit sehr geringem Durchmesser Anwendung finden könnten. In diesem Falle ließen sich nämlich zur Speicherung die Bitdichten entsprechend erhöhen, so daß in der Computeranwendung z.B. vorteilhafte Wirkungen zu erzielen sind. Um nun entsprechenden Anwendungsfällen gerecht werden zu können, wäre es also angebracht, ein Abfühlbauelement zum zerstörungsfreien Abfühlen sehr kleiner Bläechendomänen zur Verfügung zu hafcsn«

Darüber hinaus ist es bei induktiven Äfofühlverfsuic-n nachteilig, daß beim Abfühlvorgang zunächst ei*ie Ausdehnung des ä'lL:.-rlendomäne stattfindet, bevor sie aur Auflösung gebracht will uzs dann die zeitliche Ableitung der hJLera.it verbunden magnetischen Flufiänäe-

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rung erfassen zu können. Obgleich hiermit ein annehmbares Ausgangssignal bereitzustellen ist, ist jedoch der erforderliche Zeitbedarf und der zusätzliche Raumbedarf im magnetisierbaren Medium nachteilig, ganz abgesehen davon, daß besondere Treibströme erforderlich sind, um die Bläschendomänen zur Auflösung bringen zu können.

Magneto-optische Abfühlverfahren erfordern um so schärfer gebündelte Lichtstrahlen als der Durchmesser der abzufüllenden Bläschendomänen abnimmt, da es im allgemeinen nicht sehr wirkungsvoll ist, wenn der abtastende Lichtstrahl einen größeren Durchmesser besitzt als die abzufühlende Bläschendomäne. Ist so beispielsweise der Durchmesser einer Bläschendomäne geringer als 25 pm, dann dürfte es sogar äußerst schwierig sein, entsprechend scharf gebündelte Lichtstrahlen unter vertretbarem Aufwand bereitzustellen.

Magneto-elektrische Wandler hingegen, d.h. solche, bei denen magnetfeldabhängig Spannungsänderungen eintreten, dürften besondere Vorteile bieten, da hiermit eine zerstörungsfreie Abfühlung von Bläschendomänen mit relativ geringem Aufwand möglich ist.

Es hat sich hierbei aber gezeigt, daß mit abnehmender Abmessung des Abfühlbauelernentes seine Entmagnetisierungsfeldstärke ansteigt und die geometrische Anisotropie eines solchen Abfühlbauelementes um so mehr ins Gewicht fällt. So ist beispielsweise ein 200 A* dicker Permalloyfilm die dünnstraögliche Schicht, um noch die Aufgabe als Abführvorrichtung übernehmen zu können. In diesem Falle ist dann nämlich ein relativ starkes magnetisches Feld erforderlich, um die Magnetisierungsrichtung in einem solchen Film drehen zu können. Das maximale Erregungsfeld beträgt 4irM , wobei

M₈ die Sättigungsmagnetisierung des Abfühlbauelements darstellt. Dieses Erregungsfeld existiert jedoch nur über einen nahezu nach Null strebendem Raumbereich. Da sich aber herausgestellt hat, daß die Entmagnetisierungsfeldstärke eines solchen Abfühlbauelements umgekehrt proportional zu seiner Breite anwächst, ergibt sich der schwerwiegende Nachteil, daß Bläschendomänen geringen Durchmessers nicht in zweckentsprechender Weise von Abfühlbauelementen

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- 4 dieser Bauart in zufriedenstellender Weise abgefühlt werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen magnetoelektrischen Wandler für den obengenannten Zweck so einzurichten, daß unter Vermeidung der oben aufgeführten Nachteile eine zufriedenstellende Abfühlung auch sehr kleiner Bläschendomänen gewährleistet werden kann, um Speichervorrichtungen sehr hoher Bitdichten bauen zu können.

Gemäß der· Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der magneto-elektrische Wandler zur Verschiebung seines Arbeitspunktes in einen linearen, d.h. für seine Betriebsweise optimalen, Kennlinienbereich derart angebracht ist, daß die Feldlinien des Verschiebemagnetfeldes und/oder des Stabilisierungsmagnetfeldes bei der Abfühlung den magneto-elektrischen Wandler in ausreichender Vormagnetisierungsstärke durchsetzen. Damit ergibt sich die Wirkung, daß die Bläschendomänen-Speichervorrichtung auch schon deshalb relativ klein gehalten werden kann, weil die Bereitstellung zusätzlicher Magnetfelder entfällt, die zur Erzeugung Erregungsströme entsprechender Stärke benötigen und so entsprechend bemessene Stromversorgungsquelle bedingen. Zum anderen ist durch die Erfindung auf alle Fälle sichergestellt, daß Bläschendomänen auch kleinen Durchmessers abzufühlen sind, indem Signale ausreichender Stärke durch das Abfühlbauelement abgegeben werden.

In vorteilhafter Weise läßt sich die Vormagnetisierungfeidstärke H_v durch die Ungleichung R^ <_ H - H_ß, worin H_g die Sättigungsfeldstärke und H_ die Streufeldstärke einer Bläschendomäne darstellt, in seiner oberen Grenze festlegen. Die Vormagnetisierungsfeldstärke sollte dabei zweckraäßigerweise in der Größenordnung der Bläschendomänen-Streufeldstärke liegen. Wie sich gezeigt hat, ist hiermit ein optimales Ergebnis zu erzielen.

Wird ein an sich bekannter stromdurchflossener, magnetfeldabhängiger, magnetisierbarer Widerstand als magneto-elektrischer Wandler verwendet, wie er beispielsweise in der US-Patentschrift 3.493.694

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beschrieben ist, dann wird dieser Widerstand gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zur Abfühlung so orientiert, daß die zur Feldrichtung der Vormagnetisierung senkrechtliegende Flußrichtung des Stromes durch den magneto-elektrischen Wandler mit seiner Achse der leichten Magnetisierbarkeit zusammenfällt. Durch die Vormagnetisierung wird dann der Arbeitsbereich des AbfühlbaueIementes in einen lineareren Kennlinienbereich verlagert, so daß eine kleinere magnetische Feldstärke einer Bläschendomäme eine größere Widerstandsänderung im Abfühlbauelement zur Folge hat.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist fernerhin vorgesehen, daß die Länge des magnetfeldabhängigen Widerstandes etwa dem Durchmesser einer Bläschendomäne entspricht. Auf diese Weise wird dann sichergestellt, daß eine auftretende Bläschendomäne eine maximale Wirkung bei der Drehung des Magnetisierungsvektors im Abfühlbauelement herbeiführt. Das von einer Bläschendomäne zu erzielende effektive Erregungsfeld hängt von der Abmessung des Abfühlbauelementes ab; jedoch stellt 0,2 (4πΜ ), z.B. 20 bis 40 Oe, für ein Abfühlbauelement, dessen Breite gleich dem Radius der Bläschendomäne ist, ein typischer Wert dar.

In vorteilhafter Weise ist fernerhin der magnetfeldabhängige Widerstand in bezug auf die Bläschendomänen-Verschiebungsbahn so angeordnet, daß lediglich das Streufeld eines Bläschendomänen-Sek tors hierdurch erfaßbar ist. Als praktisches Ergebnis hat sich nämlich herausgestellt, daß die Streufeldstärke einer Blaschendomäne an ihrem Rande einen Maximalwert besitzt, was sich t rfixi- dungsgemäß in vorteilhafter Weise ausnutzen läßr.,

Wird z.B, ;-ur Verschiebung von Blaschendomänen In Jleia iuä.ü;ϋ,χ, nf^a Medium in bekannter Wei^e die r^nualioy-'SLreixeuaiiorcdiimq /-i~ i*:j, indem T- und I-i-üuisige; ,itreifen in abwechselnder rr-lLexi-

auf dem ;;;aynetx;vc;i ώη =4eai;aa angebracht sind, woLei Ju- ^sjue..-n der T¹S in Ver^cui&iKii.U-iii-üng der Bi-is^h-uciontäxiöi·. au..-:-:-- richtet sind und durc/j ein iuagiittisches Oruhteia in der tiben<-< de» riü μι -:isierbarön Mediunui eiiis uuiöiriandortcltfct!--, uugti-.fi ι. f. {.-οία-

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risierte Magnetisierung entsprechender T- und I-Enden herbeigeführt wird, dann ist in weiterer vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß unter Vormagnetisierung im wesentlichen durch das Verschiebemagnetfeld der magneto-elektrische Wandler Bestandteil der vorzugsweise aus Permalloy bestehenden Bläschendomänen-Verschiebestreifen ist. Hierbei sind dann elektrische Zuführungsleitungen mit ihren Enden in einem der Länge der magnetoelektrischen Wandler entsprechenden Abstand auf die hierfür vorgesehene Stelle des Bläschendomänen-Verschiebestreifens angebracht. Die elektrischen Zuführungsleitungen lassen sich in vorteilhafter Weise über die Querbalken der T-förmigen Permalloystreifen verlegen, so daß die gesamte Anordnung gemäß der bei der integrierten Schaltungstechnik üblichen Herstellungsverfahren erstellt werden kann. Ein wesentlicher Vorteil hierbei ist, daß das AbfühIbauelernent integraler Bestandteil des magnetisierbaren Streifens ist, so daß kein besonderer Aufwand bei der Herstellung erforderlich ist.

In einer Abwandlung der Erfindung läßt sich das Abfühlbauelement auf dem magnetischen Medium auch so anordnen, daß seine Vormagnetisierung durch das Stabilisierungsfeld des magnetischen Mediuias erfolgt.

Sina Leiterscaleifen vorgesehen, um die ßläsciiendor^aii-ari im magne tischen Medium von einer Stelle zur anderen z:x bewtKi«r_if dann ;»t die Vormagnetisierung des 2\b.cühlbauölerat:nts : u :h ;,ur^; die horizontale Komponente c'^r von einem Leiters ahle i j ^m ell aa^jshenaen horizontalen Magnet isierungskoiupuneiife „blsv;' . α >

Wenn aucu in der Kt^eI uüc Ab iün ibiU^J ■«:. Median auf dei gieicaen Obertia-',η.·· Wj₁.: J geordnet ist, stellt üies jeuoci\ keinü ^f

Infolge der trails ve is al en Vurin«qnt;fci.^.i eir beim Abfühlen einer Blas ei". :iudoiuilt\ci erübr liehen uu«rrfta<jinetLcio

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BAD ORlGfNAL

Abfühlsysteia eine wesentliche Vereinfachung darstellt. Darüber hinaus läßt sich eine magnetische Bläschendomäne in nahezu jeglicher Abmessung abfühlen, wobei die Dicke des Abfühlbauelements die gleiche sein kann, wie die der magnetischen Verschiebestreifen auf dem magnetisierbaren Medium.

Bei Anwendung eines zickzackförmig auf dem magnetisierbaren Medium verlegten Verschiebestreifens aus Permalloy ist das magneto-elektrische Abiühlbauelement in der Nähe dieses Streifens angeordnet, wobei dann üas Stabilisierunysfeld zur Vormagnetisierung herangezogen wird. Dies bedeutet, daß dann das Abfühlbauelement mit seiner Fläche senkrecht zur Oberfläche des magnetisierbaren Mediums steht.

Bei Anwendung von Leitungsschleifen zur Verschiebung der magnetisierbaren Bläschendomännen im magnetisierbaren Medium läßt sich das Abfüulbauelement auch innerhalb einer Schleife anordnen, wobei dann in vorteilhafter Weise ebenfalls das Stabilisierungsfeld zur Vormagnetisierung des Abfühlbauelementes herangezogen werden, indem also auch hier das Abfühlbauelement mit seiner Fläche senkrecht zur uagnetmediumoberfläche ausgerichtet ist. Hierbei kann in vorteilhafter Vk'eise die Vormagnetisierung auch so ausgelegt sein, daß neben dem Stabilisierungsfeld auch noch die Normalkomponente der durch den Leitungsschleifenstrom erregten Magnetisierung zur Vormagnetisierung herangezogen wird.

Das magneto-resistive Abfühlbauelement stellt einen magnetisch uniaxialen Film dar, wozu jedes bekannte magneto-resistive Material dienen kann. Da in der Regel Permalloymaterial für die Verschiebestreifen Verwendung findet, bietet sich dieses Material auch hier zur Vereinfachung des anzuwendenden Herstellungsverfahrens an. Die Breite eines solchen Abfühlbauelements ist maßgebend für die erforderliche Entmagnetisierungsfeidstärke, die außerdem noch abhängig von der Dicke dieses Abfühlbauelementes ist. Wie bereits gesagt, kann die Dicke von Penualloyabfühlbauelementen nicht geringer als 200 A* sein, da sonst die Entmagnetisierungsfeldstärke zu groß würde, um noch eine wirkungsvolle Erfassung von Bläschendomänen gewährleisten zu können.

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Bei Verwendung von magneto-resistiven Abfühlbauelementen ergibt sich unter Zugrundelegung der oben angeführten Ungleichung für die Vormagnetisierung als Widerstandsänderung die Beziehung:

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbexspielen anhand der nachstehend aufgeführten Zeichnungen und aus den Patentansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines magneto-resistiven

Abfühlsystems zur Erfassung sich ausbreitender Bläschendomänen in einem magnetisierbaren Medium,

Fig. 2A eine graphische Darstellung, in der die Entmagne-

tisierungsfeidstärke, die einem Abfühlbauelement zugeordnet ist, in Abhängigkeit vom Bläschendomänendurchmesser aufgetragen ist,

Fig. 2B schematisch eine Bläschendomäne im Vorbeigang

an einem magneto-resistiven Abfühlbauelement,

Fig. 3 eine graphische Darstellung, in der die magnetoresistive Wirkung als Funktion der magnetischen Feldstärke der Bläschendomäne aufgetragen ist,

Fig. 4A T- und I-förmige Verschiebestreifen, wobei das

Abfühlbauelement in der Verschiebebahn angeordnet ist,

Fig. 4B einen vergrößerten Ausschnitt aus der Anordnung

nach Fig. 4A, wobei zusätzlich die Feldstärkeverhältnisse am Abfühlbauelement aufgetragen sind,

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Fig. 4C ein Vektordiagramm der magnetischen Feldstärkekomponenten, die am Abfühlbauelement wirksam sind und zwar für zwei Lagen des Äbfühlbauelements auf dem T-förmigen Ausbreitungsmittel,

Fig. 5A ein Ausführungsbeispiel, bei dem Verschiebestreifen zickzackförmig angeordnet sind,

Fig. 5B ein Vektordiagramm der angelegten magnetischen

Feldstärken, um Bläschendomänen in einer Struktur gemäß Fig. 5A zu verschieben,

Fig. 6A eine Anordnung mit Leitungsschleifen, die *,«;,;

Verschiebung von Bläschendomänen dienen, wobei magneto-resistive Abfüh!bauelemente innerhalb und außerhalb der Verschiebeschleifen angeordnet sind,

Fig. 6B einen Querschnitt durch einen Ausschnitt der

Anordnung nach Fig. 6A längs der Linie 6B-6B, worin das Abfühlbauelement und die angelegten Verschiebefelder gezeigt bzw. angedeutet sind,

Fig. 7A eine Anordnung, bei der dreieckförmige Verschiebemittel verwendet werden,

Fig. 7B einen Querschnitt durch einen Ausschnitt der

Anordnung nach Fig. 7A längs der Linie 7B-7B, worin das Abfühlbauelement und das Bläschendomänenfeld gezeigt bzw. angedeutet sind.

In der Anordnung nach Fig. 1 dient ein magneto-resistives Abfühlbauelement 16 zur Erfassung von in einer magnetisierbarer Schicht verschobener Bläschendomänen 12. Diese magnetischen Bläschendomänen 12 lassen sich wahlweise im magnetisierbarer* Medium mit Hilfe üblicher Verschiebemittel, die nicht in dieser Dar-

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stelliang gezeigt sind, bewegen. Wird angenommen, daß eine Verschiebung in Richtung des Pfeiles 14 erfolgt, dann bewegt sich die Bläschendomäne am magneto-resistiven Abfühlsystem 13 vorbei.

Das Abfühlsystem besteht aus dem magneto-resistiven Abfühlbauelement 16, einer Stromquelle 18 und einem Voltmeter 20 als Nutzlast. Das Abfühlbauelement 16 kann aus irgendeinem magneto-resistiven Material bestehen, z.B. aus Permalloy. Die Stromquelle 18 liefert den durch das magneto-resistive Bauelement zu übertragenden Nutz- bzw. Meßstrom. Befindet sich die Bläschendoraäne in der Nachfe barschaft des magneto-resistiven Bauelements 16, dann beeinflußt das magnetische Streufeld der Bläschendomäne dieses Abfühlbaueleraent, so daß der Magnetisierungsvektor dieses Bauelements gedreht wird. Hierdurch ergibt sich eine Widerstandsänderung in diesem Bauelement 16, die sich schließlich als Spannungssignal V durch die

Meßeinrichtung 20 erfassen läßt. Obgleich die Stromquelle 18 nicht unbedingt einen konstanten Strom liefern muß, ist eine Konstanthaltung trotzdem vorteilhaft, wenn Spannungsänderungen erfaßt werden sollen. Die Erfindung bezieht sich also auf eine magneto-resistive Abfühltechnik, bei der das Abfühlbauelement derart auf der magnetischen Schicht angeordnet ist, daß die magnetischen Felder ssur Verschiebung der Bläschendomänen und/oder die zur Magnetschicht normale Grundmagnetisierung für die Bläschen- ψ domänenstabilität als transversale Grundmagnetisierungsfelder längs der Fläche des Abfühlbauelernents dienen, so daß dieses empfindlicher zur Abfühlung nagnetiscner Felder sehr geringer Feldstärke wird.

In der graphischen Darstellung nach Fig. 2A, in der das Sntmagnetisierungsfeld des magneto-realstiven Abfühlbauelement3 16 in Abhängigkeit vom Bläschendorüanendurchmesser aufgetragen ist, wird vorausgesetzt, daB die Breite des Abfühlbauelements der Hälfte des Bläschendur ehrufcssers en.„κρrieht. Hieraus ergibt siel; das starke Anwachsen der Enti:uigⁱ-.:-.H.isierungat'eldsi;äike da? i-.bfühlbauelenients mit abnehmendem BiJ^chendomän-o'i-Jü'.'chraesser. Ei-srbei ist angenommen, oak das Abfühlbauelement ein« ^ Sr-je besitzt,, die etwa

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gleich dem Bläschendomänendurchmesser ist. Die Lage des Bläschendurchmessers in bezug auf das Abfühlbauelernent ist in Fig. 2B angedeutet, wobei zu bemerken ist, daß der größte Anteil des magnetischen Flusses der Bläschendomäne aus der Kante dieser Domäne stammt. Aus diesem Grunde liegt das Abfühlbauelement in bezug auf die Verschiebebahn der Bläschendomänen zum Zentrum dieser Domänen versetzt, so daß die Abfüh!bauelemente jeweils einen maximalen magnetischen Fluß einer Bläschendomäne aufzunehmen in der Lage sind.

Aus der graphischen Darstellung nach Fig. 3 geht hervor, daß der magneto-resistive Effekt nicht linear ist, wohingegen sich aus Fig. 2A ergibt, daß das mit einem Abfühlbauelement verbundene Entmagnetisierungsfeld stark ansteigt, wenn der Bläschendomänen durchmesser abnimmt. Der graphischen Darstellung nach Fig. 2A ist zugrunde gelegt, daß die Länge des Abfühlbauelements in Richtung des hier durchfließenden Meßstroms etwa gleich dem Bläschendomänendurchmesser ist und daß seine Breite hiervon die Hälfte beträgt. Lediglich aus Erläuterungsgründen wird weiterhin vorausgesetzt, daß alle Proportionen beibehalten werden, wenn der Bläschendomänendurchmesser abnimmt. Dies bedeutet, daß die Breite des Abfühlbauelements abnimmt, wenn der Bläschendomänendurchmesser abnimmt. So wird z.B. eine magnetische Bläschendomäne mit einem Durchmesser von 10 um im allgemeinen von einem Abfühlbauelement 16 mit einer Breite von etwa 5 um erfaßt. Aus der graphischen Darstellung nach Fig. 2A ergibt sich für das Entmagnetisierungsfeld des Abfühlbauelements 16 bei einem Bläschendurchmesser von 10 pn etwa 40 Oe, wenn eine Dicke von 2OO S für das Abfühlbauelement angenommen wird. Jedoch bleibt die von der Bläschendomäne zu erhaltende Anregungsfeldstärke nahezu konstant bei 0,2 (4-rrM ) , worin M die Sättigungs-

S S

magnetisierung des Mediums 10 ist, in welcher die Bläschendomäne wandert. In typischer Weise beträgt die effektive Feldstärke etwa 20 Oe für orthoferritische Substanzen, wie es durch die gestrichelte horizontale Linie in Fig. 2A angedeutet ist (effektive Domänenfeldstärke) .

In Fig. 3 ist die bei ihrem Maximalwert auf die Einheit normierte

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magneto-resistive Wirkung als Funktion von der Domänenfeldstärke H- aufgetragen, die gegen das zur Sättigung des Abfühlbauelernents erforderliche Feld normiert ist. In dieser graphischen Darstellung bedeuten HL die Entmagnetisierungsfeldstärke des Abfühlbauelementes und H, das Anisotropiefeld des Abfühlbauelementes. Wenn weiterhin mit H die Sättigungsfeldstärke des Abfühlbauelementes bezeichnet wird, dann ergibt sich für den Fall der Fig. 3:

■ ^HD

^ Beträgt die Bläschendomänenfeldstärke H_ß 20 Oe und ist die Entmagnetisierungsfeldstärke des Abfühlbauelements 16 angenähert 40 Oe - bevor eine Sättigung des Abfühlbauelements eintritt dann ergil
oder 0,5.

dann ergibt sich für das Verhältnis HL/H ein Wert von 20/40

D S

Es läßt sich zeigen, daß ein Wechsel im Widerstand AR im Abfühlbauelement beim Vorübergang einer Bläschendomäne im Verhältnis zur maximalen Widerstandsänderung AR des Abfühlbauelementes

max

durch folgende Beziehung ausdrückbar ist: — = (=^r (1 + 2 TT^) für

raax ^Hs ^HB

(2) H_B + H_v < H_s
hierin bedeuten:

H das magnetische Streufeld der Bläschendomäne; H_& das Sättigungsmagnetfeld des Abfühlbauelementes; die transversale Vormagnetisierung über dem Abfühlbauelement.

Es ergibt sich, daß die Vormagnetisierung insbesondere dann dienlich ist, wenn die Beziehung H_ß<< H_s vorliegt. Gleichung 1 zeigt rein formal, daß Hy möglichst groß sein soll, soweit dies noch mit der Ungleichung 2 verträglich ist. In der Praxis zeigt sich

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- 13 jedoch, daß der Maximalwert von AR/AR bei einem etwas geringeren Wert für H„ auftreten kann. Dies ist dadurch bedingt, daß praktisch ein mehr oder weniger allmählicher Übergang zur Sättigung eintritt, wie es aus der zur Gleichung 1 führenden Analysis nicht ohne weiteres vorherzusehen ist. Das bedeutet, daß bei einem Feld H in Richtung der harten Achse und einem Wert von weniger als 0,7(H, + H), worin H_D auf die Dicke t und Breite w des Abfühlbauelements durch die Formel H = (4πΜ_) t/w bezogen ist, die

D S

durchgezogene Kurve in der graphischen Darstellung nach Fig. 3 gültig ist. Sowie sich H dem Werte H, + (4ττΜ ) t/w nähert, wird

γ JC S

es in zunehmendem Maße schwieriger, die Sättigung des Abfühlbauelementes herbeizuführen, so daß die tatsächliche Sättigung für

H bei 2- bis 3-fach höheren Werten für H + (4πΜ ) t/w eintritt, y je s

Dies ist dadurch bedingt, daß das Entmagnetisierungsfeld H = t/w (4ττΜ ) unter der Annahme berechnet ist, daß ein elliptischer Querschnitt für das Abfühlbauelement vorgegeben ist, wohingegen der tatsächliche Querschnitt natürlich im wesentlichen rechteckig ist. In der graphischen Darstellung nach Fig. 3 deutet die gestrichelte Kurve die experimentell beobachtete allmähliche Annäherung an die Sättigung an. Selbst wenn EL· nur 0,5 H ist, mit H=H,+ (4πΜ_£5) t/w, läßt sich für die Gleichung 1 zur Er-

S JC S

mittlung des magneto-resistiven Effekts schreiben: (3) f = (^)² <!+£>

^max ^Hs ^HB

Beträgt der Wert für H_ß z.B. 0,25 H_g, dann ist dieses theoretische Modell ganz brauchbar und das Vormagnetisierungsfeld verstärkt das Signal um das 5fache.

Vorzugsweise sollte das Vormagnetisierungsfeld von der Größenordnung des Bläschendomänenfeldes sein. Für die Ausbildung und Bemessung des Abfühlsystems ist das Material des Abfühlbauelernents und das magnetisierbar Medium, in dem die Bläschendomänen wandern usw., berücksichtigt, wobei die Vormagnetisierung so eingestellt ist, daß sich ein maximales Signal ergibt. Für das maximale Signal

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gilt H = IL^ + H_ß, so daß sich für den optimalen Wert des Vormagnetisierungsfeldes IL, = H "" Hr ergibt. Zum Festlegen der unteren Grenze ist zu berücksichtigen, daß jedwedes Vormagnetisierungsfeld zur Erfassung kleiner Bläschendomänen geeignet ist und daß das Vormagnetisierungsfeld so zu wählen ist, daß sich für AR/AR eine brauchbare Ausgangsspannung zeigt. Dies kann eine sorgfältige Auswahl der Stärke des Meßstromes einschließen, indem gleichzeitig für eine angemessene Wärmeableitung am Abfühlbauelement Sorge getragen wird usw. Diese Betrachtungsweisen sind jedoch dem Durchschnittsfachmann bei Kenntnis der oben ange- ^ gebenen Zusammenhänge geläufig, so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.

In Fig. 4A ist eine Anordnung gezeigt, bei der T- und I-förmige Auflagen auf eine magnetisierbar Schicht 10 aufgebracht sind. Diese T-förmigen Auflagen 22 und I-förmigen Auflagen 24 sind in konventioneller Art angeordnet und bestehen aus Permalloy. Das magneto-resistive Ab fühlbauelement 16 bildet dabei einen Bestandteil der T-förmigen Auflage 22'. Deutlich sichtbar ist das Abfühlbauelement in den Verschieben^ tteln, nämlich in der T-Auflage 22', angeordnet, so daß es eine Tr ans Versalkomponente des als Vormagnetisierungsfeld wirkenden sich drehenden magnetischen Verschiebefeldes H erfaßt, wenn gleichzeitig die Bläschendomäne 12 unterhalb des Abfühlbauelementes 16 vorüberwandert. Das Abfühlbauelement ist an eine Stromquelle angeschlossen, wie z.B. die !Constantstromquel-Ie 18, und an eine Spannungsmeßeinrichtung 20 zur Anzeige der am Abfühlbauelement auftretenden jeweiligen Spannung. Im übrigen ist die Wirkung des Ab fühl sy stems hier die gleiche wie die des im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Systems.

Unter dem Einfluß des rotierenden magnetischen Feldes H wandert die Bläschendomäne in Pfeilrichtung 14 durch die Magnetschicht 10. Die Bewegung der Bläschendomänen ist im einzelnen an anderer Stelle beschrieben und bekannt, so daß hler nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht.

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Um das Abfühlbauelement 16 mit der Stromquelle 18 zu verbinden, sind die Leiter 26 mit den Anschlüssen dieses Abfühlbauelements verbunden und über die T- und I-förmigen Auflagen geführt. Der Widerstand der Leitungen 26 ist sehr viel geringer als der der Permalloyauflagen, so daß der größte Stromanteil hiervon aufgenommen wird. Anordnungen gemäß der Fig. 4A lassen sich mit üblichen photolithographischen Techniken, wie sie aus der integrierten Schaltungstechnik bekannt sind, herstellen.

In Fig. 4B ist die T-förmige Auflage 22' aussch?iittsweise besonders herausgestellt, um die Erzeugung eine^ transversalen Vormagnetisierungsfeldes an einem Abfühlbauelement 16 zu veranschaulichen, wenn Bläschendomänen an diesem Abfühlbauelement vorüberwandern. Wird nun angenommen, daß eine Bläschendomäne 12 sich anfänglich an der Position 1 auf der T-förmigen Auflage 22* befindet, wobei das Feld sich zunächst in Richtung 1 ausbreitet, dann beginnt die Bläschendomäne 12 sich nach rechts in Richtung der Position 2 zu bewegen, sobald sich das Ausbreitungsfeld H von der Richtung 1 wegdreht. Die Anfangsgeschwindigkeit der Bläschendomäne 12 ist gering, da die anfängliche Stärke des magnetischen Poles an der Position 2 sehr klein ist im Vergleich zur Feldstärke des Poles an der Position 1. An Hand von Symmetriegründen läßt sich nachweisen, daß unabhängig davon, wie langsam das Ausbreitungsfeld H rotiert, die Bläschendomäne 12 eine Position zwischen den Positionen 1 und 2 nicht eher erreicht, als das Ausbreitungsfeld H einen Winkel α einnimmt, der mindestens 45 ° in bezug auf seine Drehrichtung beträgt. Befindet sich unter dieser Voraussetzung das Abfühlbauelement 16 auf dem halben Wege zwischen den Positionen 1 und 2, dann tritt am Abfühlbauelement 16 ein beträchtliches Vormagnetisierungsquerfeld (zwischen 0,71 jHj und JHJ) zu dem Zeitpunkt auf, wenn eine Bläschendomäne 12 hieran vorüberwandert. Dieses Vormagnetisierungsquerfeld verlegt die Wirkung des Abfühlbauelementes 16 in einen lineareren Bereich der Kennlinie, wo das Magnetfeld der Bläschendomäne eine größere Drehung in der Magnetisierung des Abfühlbauelementes 16 verursacht. Demzufolge wird der Widerstand des Abfühlbauelementes

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um einen verhältnismäßig großen Betrag geändert, so daß sich ein entsprechend starkes Ausgangsspannungssignal V ergibt.

In Fig. 4B befindet sich das Abfühlbauelement 16 angenähert in der Mitte zwischen den Pollagen 1 und 2 der T-förmigen Auflage 22". Wird das Abfühlbauelement näher in die Pollage 2 verlegt, dann nimmt unter dem Einfluß des zur Bewegungsbahn senkrechten Armes der T-förmigen Auflage das Entmagnetisierungsfeld ab, so daß die Wahrscheinlichkeit der Sättigung des Abfühlbauelementes, bevor die Bläschendomäne eintrifft, erhöht wird. Ist hingegen andererseits das Abfühlbauelement zu nahe der Position P 1 angeordnet, dann beginnt sich die Bläschendomäne von der Position 1 nach der Position 2 zu bewegen, bevor sich ein Vormagnetisierungsquerfeld in nennenswertem Ausmaß über dem Abfühlbauelement 16 entwickelt hat; das bedeutet aber, daß nur ein relativ kleines Quermagnetisierungsgrundfeld am Abfühlbauelement entsteht, wenn die Bläschendomäne hieran vorüberwandert, wobei die Fähigkeiten zur Drehung des Magnetfeldes seitens der Bläschendomäne stark reduziert sind. Für die Platzierung des Abfühlbauelementes 16 zwischen den Positionen 1 und 2 ist vorzugsweise ein Bereich von etwa 1/4 bis 3/4 ues Abstandes zwischen Position 1 und Position 2 vorzusehen. Mit anderen Porten, das Abfühlbauelement 16 ist jeweils so anzuordnen, daß das sich wahrend des Abfühlvorgangs entwickelnde Vormaynetisierungsquerfeld von ausreichender Starke ist.

Natürlich kann nicht das Abfühlbauelrnient 16 für eine Bläschendomänenwanderung in Richtung des Pfeiles 14 auf den rechten Teil des horizontalen Arnes der T-förmigen Auflage 22', d. h. zwischen den Polpositionen 2 und 3, angebracht werden. Dies ergibt sich schon daraus, daß das transversale Querfeld der Grundmagnetisierung über dem Abfühlbauelement 16 für eine Bläschendomänenwanderung von Position 2 nach Position 3 einen Minimalwert besitzt, wenn das Abfühlbauelement 16 zwischen diesen beiden Positionen angeordnet ist.

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BAD

Das Vektordiagramm in Fig. 4C zeigt die beiden Komponenten der Vormagnetisierung über Abfühlbauelement 16 für zwei Lagen des Abfühlbauelementes 16 auf der T-förmigen Auflage 22'. Die erste Lage entspricht der der in Fig. 4B gezeigten, d. h. der zwischen den Polpositionen 1 und 2. Da diese Position sich auf der linken Seite der T-förmigen Auflage 22" befindet, wird für diesen Fall der Index L genommen. Infolgedessen wird die Vormagnetisierung am Abfühlbauelement 16 für aas Ausbreitungsfeld H mit H bezeich-

net, wenn die Bläschendomäne sich auf halbem Wege zwischen der Polposition 1 und der Polposition 2 befindet. Dies entspricht einem Winkel a_L > 45 °. Die zweite Lage des Abfühlbaueler^¹.'.;>;·.ä 16 ist auf der rechten Seite der T-förmigen Auflage 22 \ "-, h. zwischen den Polpositionen 2 und 3. Dieser Tatsache wird Ji;^;. Ί den Index R Rechnung getragen. Infolgedessen ist die Grundmagnetisierung des Ausbreitungsfeldes H am Abfühlbauelement 16 Η-., wenn a_R > 45 ist und sich das
den Polpositionen 2 und 3 befindet.

-., wenn a_R > 45 ist und sich das Abfühlbauelement 16 zwischen

Wie sich aus der Fig. 4C ergibt, ist die Vertikalkomponente (transversal) H_y von H bei Anwesenheit einer Bläschendomäne unter dem Abfühlbauelement größer, wenn sich dieses Abfühlbauelement 16 zwischen den Polpositionen 1 und 2 befindet, als in der anderen Lage. Daraus folgt H_VT > H-,„ für eine Bläschendomänen-

Xij X K

wanderung in Richtung des Pfeiles 14. Natürlich wenn eine Bläschendomänenwanderung in entgegengesetzter Richtung stattfindet, dann ist es vorzuziehen, das Abfühlbauelement 16 zwischen den Polpositionen 2 und 3 anzuordnen.

Als Beispiel für ein geeignetes magneto-resistives Abfühlbauelement wird eine Permalloyscheibe auf ein TmFeO₃~Plättchen von 56 um Stärke aufgebracht, mit dem bei einer magnetischen Feldstärke von 30 Oe ein Signal von 3,5 mV hervorgebracht wird. Der Widerstand eines solchen Abfühlbauelementes beträgt etwa 52 Ohm und der Meßstrom 7 xnA. Die Abmessungen des Abfühlbauelementes sind hierbei etwa 250 A χ 38 um χ 138 um bei einem Bläschendomänendurchmesser von etwa 140 um. Die Empfindlichkeit des Ab-

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BAD ORIGINAL

fühlbauelementes ist nahezu konstant bis wenigstens 30 MHz, also weit über das Maximum der Datengeschwindigkeit hinaus, die die Bläschendomänenbeweglichkeit überhaupt gestattet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Komponenten des Ausbreitungs- und/oder Vormagnetisierungsfeldes sowie des Bläschendomänenfeldes, die den Magnetisierungsvektor des Abfühlbaueleinentes drehen, sich in der Rotationsebene dieses Vektors befinden. Außerdem sollte das zur Erzielung einer linearen Betriebsweise zugeführte transversale Vormagnetisierungsfeld mindestens etwa ein Viertel der Sättigungsfeldstärke des Abfühlbauelementes betragen, um Ausgangssignale ausreichender Stärke zu erhalten, wenn eine Bläschendomäne abgefühlt wird.

Das erforderliche Vormagnetisierungsquerfeld hängt in erster Linie von der Breite des Abfühlbauelementes ab, da der Magnetfluß der Bläschendomäne ziemlich konstant bei Ο,2(4ττΜ ) bleibt. Die Beziehung zwischen Querfeldvormagnetisierung, Bläschendomänenaimension und Abfühlbauelementabmessungen sollte, wie nachstehend angegeben, ausgerichtet sein:

Die Breite des Abfühlbauelementes sollte geringer als der Bläschendomänendurchmesser sein. Jedoch kann das Abfühlbauelement nicht dünner als 200 δ sein, da das Verhältnis von AR /R nämlich der erzielten Widerstandsänderung zum Gesaiutwiderstand, für Permalloyschichten, die dünner sind als 2OO £, scharf abfällt. Wenn also die Abfühlelementdicke bei abnehmendem Bläschendomänendurchmesser konstant bleibt, dann steigt die Entmagnetisierungsfeidstärke am Abfühlbauelement an. Der effektive Anregungsfeldstärkeanteil von der Bläschendomäne bleibt ein nahezu konstanter Bruchteil von 4ttM nämlich typisch O,2(4irM ). Der Wert für 4irM wird

S SS

in typischer Weise zu 100 Oe für Orthoferrite und zu 200 Oe für Granate gewählt. Nimmt demnach der Bläschendomänendurchmesser ab, dann überschreitet u. U. das Abfühlentmagiietisierungsfeld das von der Bläschendomäne stammende Erregungsfeld. Für diesen Fall sollte das Vormagnetisierungsquerfeld so gewählt sein, daß der durch die Bläschendomäne verursachte Widerstandsänderungszuwachs auf

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BADORIGfNAl

einen maximalen Wert gebracht wird. Theoretisch läßt sich dies durch eine Vormagnetisierung entsprechend der Beziehung H₇ = H - H_, erzielen, worin H die zur Sättigung des Abfühl-

\r So S

bauelementes erforderliche Feldstärke ist und theoretisch gleich der Summe aus der Anisotropie-Feldstärke H, des Abfühlbauelernen-

ic

tes und aus dem Entmagnetisierungsfeld H = t/w(4irM ) ist, worin

LJ 5

t die Dicke des Abfühlbauelementes und w die Breite des Abfühlbauelementes ist (siehe Fig. 3) .

In der Praxis zeigt sich jedoch, daß die Annäherung an die Sättigung im allgemeinen einen allmählichen Übergang zeigt, wie es durch die gestrichelte Linie in der graphischen Darstellung nach Fig. 3 angedeutet ist, die ihrerseits auf empirisch ermittelten Werten beruht. Unter diesen Voraussetzungen ist das optimale Vormagnetisierungsfeld etwas geringer als die Differenz H - H ; jedoch wird selbst unter Betrieb bei H = 0,5 H das magneto-

V S

resistive
verstärkt.

resistive Signal noch um einen Faktor (1+2 H /H) = (1 + H /H)

in der Anordnung nach lic;, bh wird eine zickzackförmige Perina-Jloyauflage angewendet, uiu rie Bläschendonüinen 12 in Richtung des Jioiles 14 zv bewegen. 7>uci. hier wir-aeium befindet sich die l-'irinalloyaui laye 26 aui eiijt.a magnetisierbar en l-ledium 10. Oie I-citungszüyc 30 verbinden ΰί,α Abfünlbauelement 16 iüit der 3trom· quelle 18 unu uom Spannungsn:(i>-qr-rät 20, wie es eben in gleicher V»i-ii-3e für aie Anordnung uacii Γ ig. 4A besenriebem ist. Die Lbene dos ALfühlbauolcrmentes 3 6 liegt hier senkrecht zur Ebene des magnetisierbaren Mediums 10. ~Civ. normale Magnet isierungsrichtung befindet sich also in Richtung des Keßstromes 1 .

unter eiern Einfluß eines in Richtung von 1 nach 2 (Fig. 5B) ange legten magnetischen Feldes wandern die Bläschendomänen 12 in Richtung des Pfeiles 14. Die angelegten Ausbreitungsfeider bestehen aus einer Wechselfeldkomponente, angelegt in der positiven X-Richtung (Η_χ), und einer pulsierenden Feldkoaponente, angelegt in der Y-Richtung. In der positiven Y-Richtung ist dies +H und

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in der negativen Y-Richtung ist dies -H . Diese Felder stammen von in üblicherweise außerhalb des magnetisierbaren Mediums 10 angeordneten Spulen. Die resultierenden Erregungsfelder sind Magnetfelder, die abwechselnd in den Richtungen 1 und 2 bestehen.

In der Fig. 6A ist eine Anordnung mit den Leiterschleifen 32 gezeigt, um auch hier wieder Bläschendomänen in Richtung des Teiles 14 zu bewegen. Diese Leiterschleifen können direkt auf das magnetisierbare Medium 10 in bekannter Weise aufgetragen sein. Wenn die hier angedeuteten Ströme I₁, I„ durch diese Schleifen fließen, dann werden hierin jeweils abwechselnd Magnetfelder mit vertikaler Komponente erzeugt, die in Richtung des Pfeiles 14 Bläschendomänen von einer Leiterschleife zur folgenden Leiterschleife ziehen.

Innerhalb einer Leiterschleife, an einer gewünschten Stelle zur Erfassung von Bläschendomänen, ist ein magneto-resistives Abfühlbauelement 16 angeordnet. Dieses Abfühlbauelement liegt mit seiner Ebene senkrecht zur Oberfläche des magnetisierbaren Mediums 10 und sein Magnetisierungsvektor M ist gewöhnlich in Richtung der Bewegung der Bläschendomänen ausgerichtet. Auch hier wiederum ist an das Abfühlbauelement eine Stromquelle 18 und eine Spannungsmeßeinrichtung 20 angeschlossen, wie es bereits oben beschrieben ist.

In einem anderen Fall läßt sich auch im Magnetisierungsmedium 10 ein Abfühlbauelement 16' anordnen, das coplanar hierzu ist und dabei ebenfalls an eine Stromquelle und eine Spannungsmeßeinrichtung angeschlossen ist, wie es für das Abfühlbauelement 16 der Fall ist. Die Achse der leichten Magnetisierbarkeit des Abfühlbauelements 16' liegt dann in Richtung des Meßstromes I durch das

Abfühlbauelement 16'.

In Fig. 6B ist eine vergrößerte Seitenansicht eines teilweisen Querschnittes durch das magnetisierbare Medium 10 mit der darauf angebrachten Leiterschleife 32' gezeigt, wobei außerdem das Ab-

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BAOQRIQ(NAI.

fühlbauelement 16 zu sehen ist. Wie sich aus der Darstellung ergibt, existiert eine Vertikalkomponente in der durch die Leiterschleife 32' hervorgerufenen Feldlinie des Magnetfeldes H am Abfühlbauelement 16. Deshalb verursacht das Ausbreitungsfeld H ein Vormagnetisierungsquerfeld über dem Abfühlbauelement 16, sobald eine Bläschendomäne 12 unter dem Abfühlbauelement 16 vorüberwandert. Da das Abfühlbauelement 16 in einen lineareren Betriebsbereich durch die Querkomponente des Feldes H vormagnetisiert ist, reicht der mit einer sehr kleinen Bläschendomäne 12 verbundene Magnetfluß völlig aus, um die Magnetisierung M eines Abfühlbauelementes 16 zu drehen, wenn eine Bläschendomäne hierunter vorüberzieht. In Fig. 6B stellt das Stabilisierungsfeld H ebenfalls eine Querfeldvormagnetisxerung für das

Abfühlbauelement 16 dar, so daß dann die gesamte Vormagnetisierungsfeldstärke plus der Domänenfeldstärke geringer sein muß als die Sättigungsfeldstärke des Abfühlbauelementes 16.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenso wie in den anderen Ausführungsbeispielen fließt der Meßstrom I normalerweise in Richtung der Magnetisierung des Abfühlbauelementes 16, d. h. längs der Achsenrichtung der leichten Magnetisierung, bevor eine Drehung durch das Domänenfeld stattfindet.

Das Abfühlbauelement 16' liegt außerhalb der Leiterschleifen und dient zur Erfassung einer Horizontalkomponente des durch den Strom I hervorgerufenen Magnetfeldes im linken Teil der Leiterschleife 32. Der Strom I₂ in dem rechten Teil dieser Leiterschleife erzeugt ein Feld, das das Abfühlelement 16' nicht beeinflußt, weil die Entfernung von der Leiterschleife zu groß ist. Die Horizontalkomponente des magnetischen Feldes stellt eine Querfeldvormagnetisierung für das Abfühlbauelement 16" dar. Falls erforderlich, könnte das Abfühlbauelement auch auf einem Leiter, aber dann isoliert hiervon, angeordnet sein.

Die in Fig. 7A auf dem magnetisierbaren Medium 10 angebrachten an sich bekannten Ausbreitungsmittel 34 bestehen aus den keil-

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BAD OJHOINAt.) C

förmigen Permalloystreifen 36 und den Periaalloyleitstreifen 38. Des weiteren befindet sich auf dem magnetisierbaren Medium 10 ein magneto-resistives Abfühlbauelernent 16, dessen Ebene senkrecht zur Oberfläche des magnetisierbaren Mediums 10 ausgerichtet ist, wie es in Fig. 6A gezeigt ist. Dieses Abfühlbauelement liegt wiederum an einer Stromquelle 18 und einer Spannungsmeßeinrichtung 20, wie es oben bereits mehrfach gezeigt ist. Die Stromquelle liefert einen Meßstrom I durch das Abfühlbauelement in Richtung der Magnetisierung M des Abfühlbauelementes.

Die Bläschendomänenausbreitung in Richtung des Pfeiles 14 ist gewährleistet durch ein moduliertes Vormagnetisierungsfeld H über dem magnetisierbaren Medium 10. Hierdurch ergeben sich wechselweise Ausdehnungen und Zusammenziehungen der Bläschendomänen 12, so daß sie sich von einem Permalloykeil zum anderen Permalloykeil in der angegebenen Pfeilrichtung bewegen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die vertikale Vormagnetisierung H , die außerdem das Ausbreitungsfeld darstellt, senkrecht zur Magnetisierungsrichtung des Abfühlbauelementes 16 ausgerichtet. Deshalb wird ein Vormagnetisierungsquerfeld über dem Abfühlbauelement bereitgestellt, wenn eine Bläschendomäne hierunter vorüberzieht. Damit ist aber das Abfühlbauelement 16 in der Lage, festzustellen, ob eine Bläschendomäne 12 vorhanden ist oder nicht.

In Fig. 7B ist eine Seitenansicht eines teilweisen Querschnitts des magnetisierbaren Mediums 10 gezeigt. Das Abfühlbauelement liegt zwischen den Permalloykeilen 36, und zwar benachbart zum Leitstreifen 38¹. Das Abfühlbauelement 16 könnte ebensogut auch so angeordnet sein, daß jeweils ein gleicher Abstand zum Leitstreifen 38 und 38' besteht. Da jedoch der aus einer Bläschendomäne austretende magnetische Fluß in der Hauptsache auf die Kante der Domäne konzentriert ist, ist das Abfühlelement 16 tatsächlich zum Leitstreifen 38* hin verschoben. Ebensogut könnte es natürlich auch zum Leitstreifen 38 hin verschoben sein.

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BAD OKTGHNAt

- 23 Das normale Magnetisierungsfeld H stellt eine Vormagnetisierung

für das Abfühlbauelement 16 dar, so daß die vertikale Querkomponente des Bläschendomänenfeldes H„ ausreicht, um die Magneti-

Jd

sierung des Abfühlbauelementes 16 zu drehen, so daß hierdurch eine maximale Widerstandsänderung ΔΕ eintritt.

Bei allen oben beschriebenen Bauelementen ist ein magneto-resistives Abfühlbauelement mit Bezug auf die Ausbreitungsmittel in einer solchen Orientierung angeordnet, daß das mit den Ausbreitungsmitteln und/oder mit dem normalen Stabilisierungsfeld verbundene Magnetfeld eine transversale Komponente über dem Abfühlbauelement wirksam werden läßt, während eine Bläschendomäne an dem Abfühlbauelement vorüberwandert. Diese transversale Komponente bewirkt eine Vormagnetisierung, die den magneto-resistiven Effekt des Abfühlbauelementes in einen nahezu linearen Betriebsbereich verlegt, so daß das mit einer Bläschendoraäne verbundene relativ schwache Feld eine um so höhere Widerstandsänderung im Abfühlbauelement herbeiführt. Da es äußerst wünschenswert ist, die Abmessungen des magneto-resistiven Abfühleleraents kleiner als den Durchmesser von den Bläschendomänen zu halten, besitzt die vorliegende Erfindung eine große praktische Bedeutung als Feststellungsmittel für sehr kleine Bläschendomänen.

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BAD ORIGINAL

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Abführanordnung mit magneto-elektrischem Wandler zum Feststellen von in einer oberflächen-polarisierten Hagnetschicht auftretenden, im hierzu umgekehrten Sinne polarisierten, durch ein starkes Hagnetfeld stabilisierten, magnetischen Bläschendosaänen, die durch selektiv anregbare Magnetfelder von einer Stelle der Hagnetschicht zur anderen verschiebbar sind, im Ansprechen auf ihre jeweiligen Streufelder und mit einem Stromkreis zum Ausnutzen . der beim jeweiligen Feststellen einer Bläschendomäne erzeugten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetoelektrische Wandler (16) zur Verschiebung seines Arbeitspunktes in einen linearen, d.h. für seine Betriebsweise optimalen, Kennlinienbereich derart angebracht ist, daß die Feldlinien des Verschiebemagnetfeldes (H ) und/oder des Stabilisierungsmagnetfeldes (H ) bei der Abfühlung

   einer Bläschendomäne (12) den magneto-elektrischen Wandler (16) in ausreichender Vormagnetisierungsstärke durchsetzen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungsfeldstärke (H_v) durch die Ungleichung EL₇ < H - H_n, worin H die Sättigungsfeldstärke und H_ß die Streufeldstärke einer Blasehendomäne (12) bedeuten, in seiner oberen Grenze festgelegt ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungsfeldstärke (H ) der Größenordnung der Bläschendomänen-Streufeldstärke (H-.) entspricht.
4. 4. Anordnung mit einem stromdurchflossenen, magnetfeldabhängigen, magnetisierbaren Widerstand als magneto-elektrichen Wandler mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Feldrichtung der Vormagnetisierung senkrecht liegende Flußrichtung des Stromes (I₀) durch den magneto-

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   elektrischen Wandler (16) mit seiner Achse (M) der leichten Magnetisierbarkeit zusammenfällt.
5. 5. Anordnung mindestens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des magnetfeldabhängigen Widerstandes (16) etwa dem Durchmesser einer Bläschendomäne (12) entspricht.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldabhängige Widerstand (16) in bezug auf die Bläschendomänen-Verschiebungsbahn so angeordnet ist, daß lediglich das Streufeld (H ) eines Bläschendomänen-Sektors hierdurch erfaßbar ist.
7. 7. Anordnung mit durch das Verschiebemagnetfeld magnetisierbaren Bläschendomänen-Verschiebestreifen nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß unter Vormagnetisierung im wesentlichen durch das Verschiebemagnetfeld der magneto-elektrische Wandler (16) Bestandteil der vorzugsweise aus Permalloy bestehenden Bläschendomänen-Verschiebestreifen (22, 24) ist, bei dem elektrische Zuführungsleitungen (26) mit ihren Enden in einem der Länge des magneto-elektrischen Wandlers (16) entsprechenden Abstand auf die hierfür vorgesehene Stelle (1) des Bläschendomänen-Verschiebestreifens (22') angebracht sind.
8. 8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß unter Vormagnetisierung im wesentlichen durch das Stabilisierungsmagnetfeld (H ) der magneto-

   elektrische Wandler (16) mit seiner Fläche senkrecht zur Magnetschichtoberfläche ausgerichtet ist.
9. 9. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Leiterschleifen (32) zur Bereitstellung von Verschiebemagnetfeldern, die gleichzeitig der Vormagnetisierung dienen, der magneto-elektri-

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   sehe Handler (16) mit seiner Fläche parallel zur Hagnetschichtoberfläche ausgerichtet und speziell nur einem Leiterschleifenteil zugeordnet ist.

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   L e e r s e i Y e