DE2232922C3

DE2232922C3 - Magnetische Domänen-Übertragungsanordnung

Info

Publication number: DE2232922C3
Application number: DE2232922A
Authority: DE
Inventors: Henry Evelyn Derrick Gladstone N.J. Scovil
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1971-07-08
Filing date: 1972-07-05
Publication date: 1981-05-21
Also published as: ES404903A1; NL181153C; IT964616B; NL7209153A; FR2144870B1; JPS5516340B1; US3723716A; NL181153B; CA937677A; KR780000390B1; DE2232922A1; AU476432B2; AU4416272A; BE785992A; DE2232922B2; SE384757B; FR2144870A1; CH555117A

Description

Die Erfindung bezieht sieh ;iul eine magnetische

Domänen-Übertragungsanordiuing mit einer Schiebt 'us magnetischem Material, die einwandige Domänen

ti übertragen vermag, und einem eine Vielzahl von

mehrstufigen Mahnen definierenden Elementenmu-

ster, das in Abhängigkeit von einem in der Schichtebene zyklisch umlaufenden Magnetfeld derart wirksam ist, daß Domänen von einem ersten Durchmesser ent!ang den Bahnen bei jedem Zyklus des umlaufenden Magnetfeldes vorgeschoben werden.

Der Ausdruck »einwandige Domäne« bezieht sich auf einen in einer Schicht aus einem geeigneten magnetischen Material übertragbaren magnetischen Bezirk, der durch eine einzige, in der Schichtebene in sich geschlossene Domänenwand begrenzt ist.

Anordnringen zum Übertragen einer Domäne erzeugen Magnetfelder mit einer von der die Domäne übertragenden Schicht bestimmten Geometrie. Die meisten Materialien, in denen einwandige Domänen bewegt werden, sind durch eine Magnetisierungs-Vorzugsrichtung gekennzeichnet, die für alle praktischen Zwecke normal zur Schichtebene verläuft. Daher bildet die Domäne einen umgekehrt magnetisierten Bezirk, der als quer, nominell normal zur Schichiebene orientierter Dipol angesehen werden kann. Daher wird die Bewegung bzw. Übertragung einer Domäne durch die Erzeugung eines anziehenden Magnetfeldes herbeigeführt, das normal zur Schichtebene verläuft und örtlich versetzt von der von der Domäne eingenommenen Stelle angeordnet ist. Eine Folge derartiger Felder ruft bekanntlich aufeinanderfolgende Bewegungen einer Domäne hervor.

Eine ubertragungsanordnung weist ein Muster von Leiterschleifen bildenden elektrischen Leitern auf, welche die erforderlichen Felder erzeugen, wenn sie von außen gepulst werden. Die Schleifen sind miteinander verbunden und werden in der in der US-PS 3460 116 beschriebenen Weise dreiphasiggepulst, um einen Schieberegisterbetrieb hervorzurufen.

Eine alternative Übertragungsanordnung verwendet ein Muster aus magnetisch weichen Elementen (oder ein Muster aus Nuten bzw. Ausnehmungen), die an der Oberfläche einer die einwandigen Domänen übertragenden Schicht angeordnet sind. In Abhängigkeit von einem in der Schichtebene umlaufenden Magnetfeld werden sich ändernde Polmuster in den Elementen erzeugt. Die Elemente sind dabei so angeordnet, daß Domänen längs einer vorgegebenen Bahn in der Schicht verschoben werden, wenn sich das in der Schichtebene verlaufende Feld reorientiert. Die bekannte T- (oder Y-)Stab-Belegungsanordnung spricht bei der Domänenübertragung auf ein in der Schichtebene umlaufendes Feld an. Anordnungen dieser Art werden »Feldzugriffs«-Anordnungen genannt und sind in der US-PS 3 534 347 beschrieben. Unabhängig von der Übertragungsart bzw. den Übertragungsmoden rufen örtliche Magnctfeldgradientcn die Domänenbewegung hervor. In Feldzugriffsmoden werden diese Gradienten durch die Ansammlung von anziehenden oder abstoßenden Polen in den BeIegungselenicnien aufgrund des in der Schichtebene verlaufenden !-ekles hervorgerufen.

In typischer Ausführung bedarf der Feldzugriffsniodc eines Elementenmusicrs zum gleichzeitigen Übertragen der Domänen längs paralleler Kanäle, wobei die Bewegung der Domänen vom einen zum anderen Kanal durch die Konstruktion des Musters ausgeschlossen ist.

Der Ei findung liegt die Aufgabe zugrunde, ein EIemontcninuster anzugeben, welches einerseits die mit der Ansteuerung verbundenen Erfordernisse herabsetzt und andererseits die Vonnagnetisicrungsgrenzen vergrößert und/oder eine seitliche Bewegung von Domänen zwischen benachbarten Kanälen bzw. Bahnen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer magnetischen Anordnung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß jede Stufe jeder Bahn eine Vielzahl von Elementen aufweist, deren gegenseitige Abstände kleiner als der erste Durchmesser sind und deren Geometrien so gewählt sind, daß zur Erzielung relativ hoher Polkonzentrationen gleiche Pole quer

in zurDomänen-Übertragungsrichtuiiggebildetwerden. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer einwandige Domänen verwendenden Logikanordnung.

Fig. 2 ein Betriebsschaubild der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 A, 3 B, 3C, 4, 5 und 6 schematische Darstellungen von Teilen alternativer Ausführiingsformen für die Anordnung nach Fig. 1, und

2Ii Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Domänen-RezirkuJationsschleife.

Die Erfindung verwendet ein Muster aus mit eiligem gegenseitigem Abstand angeordneten Belegungselementen zur Definition einer Vielzahl paralleler Kanäle in einer Materialsehicht, in der einwandige Domänen bewegt bzw. übertragen werden können. In diesem Fall ist jedoch eine Bewegung von einem zum anderen Kanal dadurch möglich gemacht, daß der in bezug auf die Ausbreitungsrichtung der Domain nen seitliche Abstand der Elemente im Vergleich zu der Domänengiöße klein gehalten ist. Die seitliche Verschiebung einer Domäne wird von den Konfigurationen der in die Kanäle zu einer vorgegebenen Zeit eingeführten Domänen und/oder durch Änderungen

is in der Geometrie der Elemente bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet das Belegungsmuster erste, zweite und dritte Bahnen mit ersten. zweiten und dritten Eingängen und Ausgängen. Das Belegungsmuster ist so ausgebildet, daß eine in ii-

4Ii gciideincn Eingang eingeleitete Domäne ein Ausgangssignal am zweiten Ausgang hervorruft. Andererseits führen gleichzeitig in zwei beliebige Eingänge eingeleitete Domänen zu Ausgangssignalen am ersten und dritten Ausgang. An allen drei Eingängen gleich-

-15 zeitigeintretende Domänen rufen Ausgangssignale an allen drei Ausgängen hervor. Daraus ergibt sich ein vollständiger Addilivkreis bzw. eine vollständige Sunimcnmairix.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung 10 für einwandige Do-

5Ii mäiien in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung. Die Anordnung weist eine Schicht 11 aus einem Material auf, in welchem einwandige Domänen bewegt bzw. übertragen werden können. Ein (feinkörniges bzw. leinverteiltes) Muster aus magnetisch weichen EIe-

^5 ineiiten 12 bildet eine Vielzahl von Kanülen für einwandige Domänen, die illustrativ zwischen drei Eingangskanälen la, lh. und Ic und drei Ausgangskanälen Ou, Ob und Oc angeordnet sind.

Eingangs- und Detektorgeräte zur Eingabe und

.(i Bestimmung von einwandigen Domänen sind bekannt. Daher wird angenommen, daß jeder Eingangskanal einer geeigneten Einrichtung zum Erzeugen der Domänen zugeordnet ist. Eine solche Einrichtung ist durch Pfeile angedeutet, die in die zugehörigen

ό Kanäle weisen und von einem Block 14 ausgehen, der in Fig. 1 mit Eingangsimpulsquelle bezeichnet ist. In ähnlicher Weise sind den Ausgangskanälen in Richtung eines als Verbraucher bezeichneten Blocks 15

weisende Pfeile zugeordnet. Die Eingänge und Ausgänge sind in bezug auf die Phase eines in der Schichtebene rotierenden Feldes unter der Steuerung einer in Fig. 1 gezeigten Steuerschaltung 16 synchronisiert. Die Quelle für ein geeignetes, in der Schichtebene umlaufendes Feld ι !in Fig. 1 als Block 17 dargestellt. Block 18 stellt in Fig. 1 eine Vormagnetisierungsquelle dar, welche die einwandigen Domänen während des Betriebs auf einem Solldurchmesser hält.

Anordnungen der in Fig. 1 dargestellten Art wirken entweder als Halb- oder Voll-Additivkreis, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Genauer gesagt, wird gezeigt, daß das Belegungsmuster gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit von einem reorientierenden, in der Schichtebene verlaufenden Feld derart wirksam ist, daß ein Signa! nur im Ausgangskanal Ob entwickelt wird, wenn ein Eingangssignal an irgendeinem der Eingangskanäle la, Ih, Ic ansteht. Die Anordnung liefert außerdem eine Null im Kanal Ob und ein Signal sowohl im Kanal Oa als auch im Kanal O₁, wenn ein Eingangssignal an beliebigen zwei Eingangskanälen ansteht. Außerdem rufen Eingangssignale an allen Kanälen Ia, Ib, Ic Ausgangssignale an Oa, Ob bzw. Oc hervor.

Die zuvor beschriebene Funktion hängt von der Geometrie der Belegungselemente in Fig. 1 ab, und diese Geometrie wird zunächst erörtert, um eine Grundlage für das Verständnis der Additivkreis-Operationsweise zu schaffen.

Eine einzelne horizontale Linie aus V-förmigen Elementen definiert wie in allen bekannten Belegungsmustern einen Domänen-Übertragungskanal. Im besonderen zeigt Fig. 3 A ein Chevron-förmiges Muster aus magnetisch weichen, V-förmigen F.lementen 12. welche Domänen in der Schicht 11 der Anordnung nach F ig. 1 von links nach rechts bewegen, wenn sie unter Einfluß eines im Uhrzeigersinn rotierenden, in der Schichtebene verlaufenden Feldes stehen. Das Feld wird durch einen Pfeil H in aufeinanderfolgenden Orientierungen in den Fig. 3 A, 3B und 3C dargestellt, wobei eine Domäne von der Stelle Fl nach Fl und von dort nach Fi bewegt wird. Die Periode des Musters definiert die Stufen des Kanals, welche die Lage eines für die Information repräsentativen Domänenmusters und die Bewegung des Musters im Kanal beim Umlauf des in der Schichtebene verlaufenden Feldes bestimmen. Das Chevron-förmige Muster spricht auf das in der Schichtebene umlaufende Feld weitgehend ebenso an wie das bekannte T-Stab-Belegungsmuster.

Der geringe Abstand der Elemente benachbarter Kanäle schafft jedoch eine beträchlich erhöhte Fähigkeit. Obwohl jede einzelne Zeile von Elementen von dem in der Schichtebene umlaufenden Feld wie die Elemente gemäß Fig. 3 gesteuert wird, ermöglicht eine Vielzahl von Zeilen dieser Elemente, welche nahe beieinander in gegenseitigen Abständen angeordnet sind, die im Vergleich zum Durchmesser einer typischen einwandigen Domäne in der Schicht 11 klein sind, die seitliche Verschiebung einer in der Darstellung von links nach rechts vorrückenden Domäne, wodurch eine Fähigkeit geschaffen wird, die bisher nicht nur unbeachtet geblieben ist. sondern sogar als für den Betrieb störend angesehen wurde. Belegungsschaltungen sind normalerweise so ausgelegt, daß eine seitliche Bewegung von Kanal (d. h. einer horizontalen Elementenzeile) zu Kanal verhindert wird. Innerhalb der Grenze, bei der der Abstand zwischen benachbarten Elementen im Vergleich zur Domänengröße groß ist (wenigstens gleich dem dreifachen Domänendurchmesser), ist die Domänenbewegung auf eine vorgegebene Elementenzeile, wie im Falle bekannter Belegungsmuster, beschränkt. Andererseits begegnet eine Domäne bei im Vergleich zur Größe einer Domäne kleinem Abstand anziehenden Polen als einem Scheitel einer Welle über einige Elementenzeilen, wie dies durch die positiven Vorzeichen in Fig. 4 dargestellt ist. Eine Domäne Do mit einem

in im Vergleich zu den Abständen zwischen den Kanälen großen Durchmesser neigt wegen der Pole dazu, sich für die Bewegung streifenförmig auszudehnen. Ob die Domäne tatsächlich langgezogen wird oder eine zylinderförmige Domäne bleibt, hängt von dem relativen

! 5 Wert des die Domäne bei einer konstanten Größe und Form zu halten suchenden Voi magnctisierungsfeldes und des die Polstärke bestimmenden Treiberfeldes ab.

Es sei hier der Fall betrachtet, bei dem das Vorma-

2(i gnetisierungsfeld ausreichende Stärke besitzt, um einen Domänendurchmesser bei einem Sollwert aufrechtzuerhalten. Wenn das in der Schichtebene verlaufende Feld umläuft, rückt die Domäne von links nach rechts (Fig. 3 A, 3 B und 3C) vor und folgt den anziehenden Polen von Position zu Position. In jeder Position befindet sich die Domäne jedoch auf dem Scheitel einer Welle von anziehenden Polen, welche sich bezüglich ihrer normalen Bewegungsrichtung seitwärts erstreckt. Die Domäne kann selbstverständ-

3(i lieh seitlich des Scheitels verschoben werden, wenn ein Mechanismus zu ihrer Verschiebung gegeben ist, und diese seitliche Verschiebung steht in vollständigem Einklang mit der normalen Bewegung der Domäne.

Es gibt eine Vielzahl von Anordnungen, welche die Kraft zur seitlichen Verschiebung einer Domäne liefern. Eine Anordnung besteht darin, den Abstand zwischen benachbarten Zeilen von Elementen in der Mitte des Belegungsmusters längs einer mit M in

4u Fig. 4 bezeichneten Mittellinie zu reduzieren. Je kleiner die Abstände sind, um so größer ist die Polstärke. Eine Belegungsanordnung mit einer Vielzahl von horizontalen Zeilen bzw. Linien aus T-förmigen Elementen mit verschieden gestaffelten Abständen bewirkt ein Abwandern der Domänen zu dem Kanal (oder den Kanälen) mit höherer Polstärke. Selbstverständlich kann eine relativ hohe Polstärke längs vorgegebener Kanäle von vielen Übertragungskanälen vorgesehen sein.

so Die Änderung des Abstandes zwischen parallelen Zeilen bzw. Linien von Elementen ist nicht der einzige mögliche Mechanismus zur Erzielung eines seitlichen Abwanderns. So zeigt beispielsweise Fig. 5 eine Anordnung, bei der die Abstände zwischen Belegungselementen an der linken Seite jeder Stufe größer als an der rechten Seite sind. Eine Domänenbewegung kann auch entlang vorgegebener Bahnen durch »Konzentrierung« der Elemente gerichtet werden, wobei in die Bahnen eine seitliche Drift auf das Zen-

M) trum des Musters in einer Richtung quer zur Domänenbewegung eingebaut wird. Relativ hohe Polkonzentrationen können auch gegebenenfalls durch Vergrößerung der Breite oder Dicke der Elemente erreicht werden. Eine Domänen-Übertragungsan-Ordnung der beschriebenen Art mit einer Vorzugsbahn, auf die Domänen wegen der relativ hohen Polstärke zutreiben, hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen. Zunächst sei erneutauf Fig. 1 eingegangen.

Es sei der Fall angenommen, daß die Abstände zwischen benachbarten Chevrons längs der Achse zwischen dem Eingang lh und dem Ausgang Oh relativ schmal sind und daß das Muster drei Kanäle Ia-Oa, Ih-Oh und Ic-Oc definiert, von denen jeder einige horizontale Zeilen bzw. Linien von Elementen aufweist. Eine bei Ia, lh oder Ic eingeführte Domäne treibt demgemäß zur Achse, entlang der die Polstärke am höchsten ist, wobei eine Bewegung von links nach rechts in Abhängigkeit von dem in der Schichtebene umlaufenden Feld gewünscht ist, und ergibt ein Ausgangssignal bei Oh. Es ist klar, daß ein Ausgangssignal bei Ob für eine an irgendeinem der Eingangskanäle eingeleitete Domäne auftritt.

Andererseits tritt eine Seitendrift auf, wenn Domänen in zwei der Kanäle la, in oder ic eingegeben werden, da die Driftkraft von den Abstoßkräften zwischen diesen Domänen überwunden wird. Statt dessen rükken die Domänen Stufe um Stufe nach rechts in Abhängigkeit von aufeinanderfolgenden Umläufen des in der Schichtebene verlaufenden Feldes vor und rufen Ausgangssignale sowohl an Oa als auch an Oc hervor. Es ist zu beachten, daß diese Ausgangssignale auftreten, wenn Domänen in irgendeine Kombination von Eingangskanälen Ia, Ib und Ic eingegeben werden, wobei sie die logische UND-Funktion darstellen. Es ist in gleicher Weise wesentlich, festzustellen, daß unter diesen Umständen eine Null im Ausgangskanal Ob auftritt und daß die Null die EXKLUSIV-ODER-Funktion darstellt. Wenn außerdem berücksichtig wird, daß ein UND-Ausgangssignal den »Übertrag« darstellt, so ist zu erkennen, daß die EXKLUSIVODER- plus einer UND-Funktion eine HaIb-Addicroperation liefern. Der Ausgangskanal Oc kann mit dem Eingangskanal la oder einem Eingang la einer nächstfolgenden Stufe zur Entwicklung einer Serien-Volladdierfunktion verbunden werden. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung mit in Fig. 4 gezeigten modifizierten Abständen arbeitet als Volladdiereinheit, wenn die Eingänge als la = Übertrag, lh = erste Zahl, Ic = zweite Zahl und die Ausgänge als Oa = Oc = Übertrag. Ob = Summe angesehen werden.

Eine Belegungsgeometrie zur Domänenübertragung, welche eine seitliche Drift zuläßt und zur Erzeugung einer vorgegebenen seitlichen Drift ausgebildet ist, führt also zu ganz nützlichen Anordnungen. Eine seitliche Drift bzw. Abwanderung braucht jedoch keine Folge der Belegungsanordnung selbst zu sein. So zeigt Fig. 6 beispielsweise eine Belegungsanordnung, bei der die Abstände zwischen den Elementen konstant sind und die Polstärke demnifolge überall gleich ist. Die Domänenbewegung von links nach rechts in Abhängigkeit von einem in der Schichtebene umlaufenden Feld tritt in diesem Falle ohne seitliche Verschiebung bei Fehlen eines äußeren Verschiebungsfeldes auf.

Ein derartiges äußeres Feld kann z. B. durch Ströme gebildet sein, weiche an die elektrischen Leiter 20 und 21 nach Fig. 6 angelegt sind. Ein Unterschied in der Stromdichte in den Leitern 20 und 21 erzeugt einen Feldgradienten. welcher eine bei Ib eingeführte und in Abhängigkeit von einem in der Schichtebene umlaufenden Feld nach Ob bewegte Domäne Dl seitlich verschiebt. Je nach Polarität der angelegten Ströme wird die Domäne Dl aufwärts oder abwärts verschoben, wobei ein Ausgangssignal bei Oa oder bei Oc hervorgerufen wird. Die Schaltung erweist sich

als ganz zweckmäßig zum Abtasten von Leitungen, wie dies in Telefon-Lcitungsabtastkreiscn bei Datenanforderungen in Abhängigkeit von Beginnzeiehen in Telefon-Hilisleitungen erforderlich ist. Insbesondere bei dieser Anwendung hindern die Grenzen der Belegungsanordnung eine Domäne am Abwandern von der Unterseite des Belegungsmusters. Für dieses Hindernis ist die Tatsache ursächlich, daß eine Domäne einen Flußabschluß durch die magnetische weiche Belegung findet, und es ist eine beträchtliche Verstärkung des Feldes erforderlich, um eine Domäne aus einer Position fortzubewegen, in welcher ein derartiger Flußverschluß auftritt. Demgemäß bewirken kleine Unterschiede der in den Leitern 20 und 21 fließcndcn Ströme eine Domänendrift bzw. Abwanderung, jedoch können übergroße Unterschiede in diesen Strömen keine unbrauchbare Drift hervorrufen, so daß ein Ausgangssignal auch dann noch bei Oo oder Oc auftritt - eine bei der Leitungsabtastung besonders nützliche Eigenschaft - wo Stromstöße auf den Leitungen auftreten.

Eine ähnliche Ablenkung einer Domäne wird durch einen entlang der unterbrochenen Linie 23 in Fig. (i angeordneten Einzelleiter erreicht. Ein Stromimpuls auf diesem Leiter kann dazu dienen, bei Ia eingeführte Domänen zur Bestimmung bei Oc nach unten abzulenken.

Belegungsanordnungen mit eine seitliche Verschiebung zulassenden Geometrien haben sich bezüglieh ihrer Betriebsgrenzen als besonders günstig erwiesen. Die günstigen Grenzen gehen auf die Tatsache zurück, daß die Anordnung Domänen innerhalb relativ großer Durchmesserbereiche zu übertragen vermag, in einem typischen Material ist eine Domäne stabil über einen Bereich von einem Durchmesser, unterhalb dessen ein sofortiger Zusammenbruch auftritt, bis zu einem Durchmesser, oberhalb dessen die Domäne unkontrollierbar gestreckt wird. Gewöhnlich differieren diese beiden Durchmessergrenzen um einen Faktor von drei. Eine Änderung des Vormagnctisierungsfeldes über weniger als etwa einem 20-Ocrsted-Bereich entspricht dem zulässigen Bereich des Domänendurchmessers, und ein Betricbsdurchmcsscr wird für die Domänen durch den Wert des Vormagnetisierungsfelds gewählt. Bei einer typischen Belegung ist die Periode des Belegungsmustcrs gleich drei Domänendurchmessern, und die Abstände zwischen benachbarten Kanälen liegen etwa in derselben Größenordnung, um Domänenwechselwirkungen zu vermeiden. Diese Beziehung bestimmt die Größe der Belegungselemente, sowie deren gegenseitigen Abstände. Sollte sich die Größe einer Domäne, beispielsweise aufgrund einer Material-Ungleichmäßigkeit, ändern oder sollte sich die Geometrie der Belegung, beispielsweise infolge einer Schleife des Kanals, ändern, so werden in bekannter Weise die Betriebs- bzw. Operationsgrenzen von dem durch die Grenzen des Vormagnetisierungsfeldes definierten Maximum aus herabgesetzt. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Anordnungen übertragen streifen- bzw. schlauchförmige Domänen, wie die Domäne D2 in Fig. 4. ebenso wie zylinderförmige Domänen. Demgemäß ist der Vormagnetisierungsbereich, über den eine Übertragung möglich ist, relativ groß, und die Betriebsgrenzen sind entsprechend erweitert. Der zulässige Bereich der Werte des Vormagnetisierungsfeldes wird bei einer vorgegebenen Schicht aus Domänenmaterial in typischer Weise etwa verdoppelt.

nämlich von beispielsweise 15 bis 18 Oersted auf 33 bis 40 Oersted, wenn ein fein verteiltes Elemenlenmuster verwendet wird.

Bs zeigt sich, daß die verbesserten Grenzen sich direkt aus dem feinvei teilten bzw. feingekörnten EIcmentenmuster ergeben, da dieses Muster eine höhere Polstärke in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Treiberfeld hervorruft; hierfür sind die einer solchen Anordnung eigenen verkürzten Bahnlängen bis zum Flußversehluß bzw. -abschluß und die erhöhte Materialmenge der bei jeder Orientierung mit dem in der Sehichtebene verlaufenden Feld gekoppelten Elemente ursächlich. Außerdem können Domänen unterschiedlicher Größen wegen der Wellen gleicher Pole, die rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung der Domänen orienlicil sind, längs eines fcinvcrtciltcn bzw. feingekörnten Musters übertragen werden. Dadurch ergeben sich einfachere Ansteuerbedingungen und weitere Vormagnetisierungsgrenzen, die zu einer Anordnung führen, welche gegenüber Temperaturausschlägen ebenso wie gegenüber Schaltungs- und Materialfehlern (z. B. fehlende Elemente oder Teile) selbst dann relativ unempfindlich ist, wenn die die Domänen übertragende Schicht selbst temperaturempfindlich ist.

Der Abstand zwischen den Elementen wurde als klein im Vergleich zur Größe einer Domäne bezeichnet. In der Praxis ist der Abstand zwar gewöhnlich kleiner, kann jedoch auch größer als der Durchmesser einer Domäne sein. Es ist nur notwendig, daß die Bewegung einer Domäne von den Polen von wenigstens zwei und vorzugsweise wenigstens drei (V-förmigen) Elementen bestimmt wird, die in bezug auf die Bewegungsrichtung seitlich mit geringem gegenseitigen Abstand angeordnet sind.

Die Wiederholung oder Periode des dargestellten Chevron-Belegungsmusters ist in Fig. 1 deutlich definiert, beispielsweise durch die Trennung zwischen den V-förmigen Elementen in ausgerichtete Gruppen, welche den Stufen des Kanals entsprechen. Eine solche Ausrichtung ist jedoch nicht notwendig. Fig. 6 zeigt eine gegenseitige Überlappung der Elemente benachbarter Gruppen. Bei Anordnungen mit überlappenden aufeinanderfolgenden Elementengruppen ergibt sich eine gleichmäßigere Domänenbewegung während jedes Zyklus des in der Ebene verlaufenden Feldes, und die Treiberfelder sind kleiner als die bei nicht überlappenden Mustern (oder Elementen) hervorgerufenen Felder.

Wie oben bereits erwähnt, sind relativ hohe Operationsgeschwindigkeiten bei mit geringem gegenseitigen Abstand angeordneten Elementen erzielbar. Der Grund hierfür wi· d klar, wenn man sich vergegenwärtigt, daß eine solche Anordnung von Elementen die Kopplung zwischen dem Treiberfeld und einer Domäne erhöht. Ein Vergleich z. B. zwischen der Chevron-Belegung und einem T-Stab-Belegungsmuster unterstreicht die erhöhte Kopplung entsprechend der Fläche eines Übertragungskanals für die Bewegung einer Domäne einer vorgegebenen Größe. Wenn ein derartiger Kanal durch ein T-Stab-Muster definiert ist, so besetzt das Muster etwa 20% der Fläche eines geeigneten Kanals. Wenn ein ähnlicher Übertragungskanal durch das Chevron-Muster definiert wird, so belegt das Muster wenigstens etwa 40% und bis zu ')()% der Fläche, wobei die Kopplung des Treiberfeldes mit der Domäne proportional zur Zahl von Chevrons bzw. Winkeln pro Kanal ist. Wenn getrennte Kanäle durch Muster definiert sind, z. B. nach links und nach rechts in der Ansicht nach Fig. 1, sind die Abslände zwischen Kanälen (von Mittelpunkt zu Mittelpunkt) etwa gleich dem dreifachen Domänendurchs messer, wie dies bei der T-Slabanordnung der Fall ist. Solche Abstände werden durch die vorgenannten Prozentangaben nicht umfaßt. Die obenerwähnte Linie starker Pole, wie sie durch ein erfindungsgemäßes feinkörniges Muster geschaffen wird, wird zweckmä-

iii ßigerweise zum Trennen der Domänen von einem Domänengenerator benutzt. Ein derartiger Generator kann eine bekannte magnetisch weiche Scheibe aufweisen, um deren Peripherie eine Domäne in Abhängigkeit von den Feldänderungen konstant umläuft.

{> Die Scheibe kann jedoch in diesem Falle in Chevronbzvv. Winkelmuster eingebettet oder integriert sein. Der Generator liefert bei jedem Zyklus des in der Ebene verlaufenden Feldes eine neue Domäne, die von dem Generator durch die starke Pollinie abge-

2ii trennt wird. Die Anordnung kann z. B. als einer der in Fig. 1 gezeigten Eingänge dienen.

In ähnlicher Weise kann in das feinkörnige Muster ein Domänenvemiehter integriert werden, der beispielsweise als Ausgang Oa in Fig. 6 dienen kann.

:s Ein Abtaster der in Fig. 6 dargestellten Art würde daher so arbeiten, daß Domänen an einem Generator bei la kontinuierlich erzeugt werden, die bei Oa vernichtet werden, wenn sie nicht nach Oc abgelenkt sind. Typische Generator- und Vernichteranordnun-

v) gen dieser Art sind bei C1 und A in Fig. ο dargestellt. Wie im Falle von T-Stab-Belegungsanordnungcn ist es zweckmäßig, geschlossene Schleifen für umlaufende Domänen zu bilden. Wenn eine solche Schleife durch ein Chevron- bzw. Winkelmuster definiert wird,

is so ist ein Arm einer Umlaufbahn ein auf den Kopf gestelltes Bild des anderen Arms, und die beiden Arme sind zu einer geschlossenen Schleife zusammengefügt. Fig. 7 zeigt eine Schleifenanordnung 24, bei der die Information in Abhängigkeit von einem

4Ii im Gegenuhrzeigersinn in der Sehichtebene umlaufenden Feld im Uhrzeigersinn zirkuliert. Es wird besondere Beachtung demjenigen Teil des Chevronmusters geschenkt, der von dem gestrichelten Block 25 in Fig. 7 eingeschlossen ist. Die eingeschlossenen Elemente stellen die korrespondierenden Stufen der oberen und unteren Arme der gezeigten Schleife dar. In der Praxis kann der Abstand zwischen diesen Stufen sehr eng sein, wobei sich die Spitzen der Chevrons bzw. Winkel heinahe berühren. Trotzdem schließen

si ι die Domänen die Schleife nicht kurz, da eine sich längs eines Armes der Schleife in eine Position an der Spitze bzw. dem Scheitel eines Chevrons bewegende Domäne abstoßende Pole an der Spitze bzw. dem Scheitel des entsprechenden Chevrons des anderen Schleifen-

ϊί armes vorfindet.

Die vorhergehenden Erläuterungen wurden in erster Linie auf die Übertragung bzw. Bewegung von runden statt von schlauchförmij'en Domänen gestützt. Jedoch bewegen sich schlauch- bzw. streifenförmige

Lu Domänen in der zuvor beschriebenen Weise in Abhängigkeit von Änderungen des in der Sehichtebene verlaufenden Feldes. Ein Blick auf Fig. 1 zeigt, daß die Bewegung einer schlauch- bzw. streifenförmigen Domäne, die sich seitlich über das gesamte Chcvron-

..s muster erstreckt, wegen der Eigenart des Chevronmusters und der versetzten Linie der dadurch erzeugten Pole von einci alternierenden Aufwärts- und Abwärtsbewegung begleitet ist. Zusätzlich magnetisch

weiche Elemente 40 und 41 (Fig. 4) sind angeordnet, um zum Ausgleich einer solchen Versetzung Pole aufzufüllen. Das Ergebnis ist eine relativ gleichmäßige Bewegung der streifenförmigen Domänen bei Vergrößerung der Operationsgescliwindigkeit.

Hei einem Ausführungsbeispiel wurden Domänen eines Solldurchmessers von K Mikrometer in einer Schicht aus Er_: Eu₁Ga₀₇Fe₄,O,_;Granat von 6 Mikrometer Dicke in Abhängigkeit von einem in der Schichtebene umlaufenden Feld von 30 Oersted bewegt. Ein Vormagnetisieriingsfeld von 40 Oersted hielt die Domänendurehmessei bei einem vorgegebenen Wert. Ein Chevromnuster aus zwölf (80Ni 20Fe)-Elementen 12 pro Stufe wurde durch Photolackmethoden auf einer auf der Oberfläche des Granats befindlichen Abslandsschicht niedergeschlagen. Jedes Element hatte eine Dicke von 3000 A, eine Breite von 1,4 Mikrometer und eine Koerzitivkraft von O₁.ϊ Oersted. Die Elemente hatten einen gegenseitigen Abstand von fünf Mikrometer, wodurch sich ein feinkörniges Belegungsmuster ergab, das eine Vielzahl von Kanälen definierte und eine seitliche Verschiebung zuließ. Die Abstände zwischen den Eic menten benachbarter Kanäle waren in der Nähe des Zentralkanals (gebrochene Linie Λ/ in Fig. 4) relativ schmal (zwei Mikrometer). Selektiv in den Eingängen la und Ic eingeführte Domänen riefen Ausgangssignale an Oh und an On und Oc in der oben beschriebenen Weise hervor. Auch schlauchförmige bzw. streifeniormige Domänen mit einer Länge von 50 Mikrometer wurden entlang den Kanälen übertragen.

Als Bezugsgröße sei angegeben, daß der Durchmesser, bei dem eine in der Schicht befindliche Domäne zusammenbricht, d Mikrometer betrug.

Bei der obigen Besehreibung handelt es sich um eine rein illustrative Erläuterung der Prinzipien der

in Erfindung. Abwandlungen der beschriebenen Ausiühningsbeispiele sind ohne Schwierigkeiten im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. So kann beispielsweise ein feinkörniges Muster mit einer rautenförmigen Hüllkurve vorgesehen werden, wobei mit

i> einem kleinen Durchmesser eingeführte Domänen bis zur Hälfte ihres Übertragungsweges streifenförmig expandieren und danach auf ihren Anfangsdurchmesser aufgrund der Belegungsgeometrie zusammengezogen werden. Eine derartige Ausdehnung ist wegen

2ii des Chevronmusters möglich, das Domänen stark unterschiedlicher Größen zu übertragen vermag. Außerdem wurde bei dem dargestellten Ausfühiungsbeispie! ein stumpfer Winkel zwischen den beiden Seiten eines V-förmigen Elements gezeigt. Dieser

:5 Winkel kann selbstverständlich auch anders ausgebildet sein. In der Praxis können spitze Winkel sogar zu besseren Betriebstirenzen führen.

Hici/u 2 Blalt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetische Domänen-Übertragungsanordnung mit einer Schicht aus magnetischem Material, die einwandige Domänen zu übertragen vermag, und einem eine Vielzahl von mehrstufigen Bahnen definierenden Elementenmuster, das in Abhängigkeit von einem in der Schichtebene zyklisch umlaufenden Magnetfeld derart wirksam ist, daß Domänen von einem ersten Durchmesser entlang den Bahnen bei jedem Zyklus des umlaufenden Magnetfeldes vorgeschoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe jeder Bahn eine Vielzahl von Elementen (12) aufweist, deren gegenseitige Abstände kleiner als der erste Durchmesser sind und deren Geometrien so gewählt sind, daß zur Erzielung relativ hoher PoI-konzenirationen gleiche Pole quer zur Domänen-Übertragungsrichtung gebildet werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Elemente (12) und der Abstand zwischen gleiche Stufen benachbarter Bahnen bildenden Elementen so gewählt sind, daß sie eine seitliche Verschiebung bzw. Verlagerung von Domänen zwischen den Bahnen zulassen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jede Stufe jeder Bahn definierende Vielzahl von Elementen (12) ein Chevronmuster aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Chevronmuster für jede gleiche Stufe der Bahnen mit veränderlichen Abständen angeordnete V-förmige Elemente (12) aufweist, wobei die Elemente der in der Mitte gelegenen Bahnen einen kleineren Abstand voneinander als die Elemente der außengelegcnen Bahnen haben, so daß eine eine Domäne seitlich zu den mittleren Bahnen hin verschiebende erhöhte Polkonzentration an den mittleren Bahnen crzielbar ist (Fig. 4).

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Chevronmuster für jede gleiche Stufe der Bahnen V-förmige Elemente (12) aufweist, welche im Eingangsabschnitt jeder Stufe weiter voneinander entfernt sind als im Ausgangsahschnilt derselben Stufe, um eine seitliche Verschiebung einer Domäne in Richtung der mittleren bzw. zentralen Bahnen zu erzielen (Fig. 5).

(S. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Chevronmuster für jede gleiche Stufe der Bahnen V-förmige Elemente (12) aufweist, die bei den zentralen Bahnen eine größere Dicke als bei den Außenbahnen haben, um eine hohe Polkonzentration zur seitlichen Verschiebung einer Domär.c ir. Richtung auf die zentralen Bahnen hervorzurufen.

7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Chevronmuster für jede Stufe einer Bahn V-förmige Elemente (12) aulweist, die in benachbarten Gruppen derart angeoidnct sind, daß sich die Elemente benachbarter Stufen überlappen (Fig. (·>).

S. Anordnung nach Anspruch 3 oder 7, daduich gekennzeichnet, daß die Anoidnung /um seitliehen Verschieben dei Domänen in bezug auf die Bahnen eine einen Fclduradicntcn über das EIementenmuster erzeugende Einrichtung (20, 21) aufweist (Fig. 6).

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Feldgradienten er-

s zeugende Einrichtung (20, 21) einen mit der Schicht (11) verbundenen ersten elektrischen Leiter (20) aufweist, der von einem externen Signal (51) gesteuert ist und ein Magnetfeld zur Verschiebung der Domänen in bezug auf die Bahnen in erzeugt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Feldgradienten erzeugende Einrichtung (20, 21) außerdem einen mit der Schicht (11) verbundenen zweiten elektrisehen Leiter (21) in solcher Anordnung aufweist, daß die ersten und zweiten Leiter in Abhängigkeit von entsprechenden ersten (51) und zweiten (52) Signalen in der Schicht (11) zur seitlichen Verschiebung einer Domäne ein Magnetfeld erzeu-

2(i gen, das proportional zur Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen ersten (Ia) und einen zweiten (Ic) Eingangsgenerator zum selektiven Einführen von Domänen in seitlich gegenüber den zentralen Bahnen versetzte erste und zweite Eingangspositionen, «"inen ersten (Oa) und einen zweiten (Oc) Detektor zur Bestimmung von Domänen an jc-

Ki weils von den zentralen Bahnen seitlich versetzten Ausgangspositionen und einen dritten Detektor (Ob) zur Bestimmung von Domänen an einer Ausgangsposition in der zentralen Bahn aufweist, wobei die Anordnung als binäre Halb-Addiercin-

.15 heit wirkt.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung außerdem einen dritten Eingangsgenerator (Ib) zum selektiven Einführen von Domänen in eine zentrale Bahn

4(i aufweist, wobei die Anordnung als binäre VoII-Addiereinheit wirkt, die ein Ausgangssignal am dritten Detektor (Ob) hervorruf'., wenn einer oder alle drei Eingangsgeneratoren (la, Ib, Ic) gleichzeitig eine Domäne erzeugen, und ein Ausgangssi-

-15 gnal an dem ersten (Oa) und dem zweiten (Oc) Detektor hervorruft, wenn beliebige zwei der drei Eingangsgeneratoren gleichzeitig eine Domäne erzeugen.

13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge-5(1 kennzeichnet, daß das Muster der wenigstens eine der Bahnen definierenden Elemente (12) in Form einer Schleife (24) ausgebildet ist, wobei die beiden Arme der Schleife relativ eng zusammenliegen und das Muster eine solche Geometrie besitzt, daß abstoßende Pole an enspiecheiiden Stufen jedes Armes der Schleife erzeugt weiden, um eine Bewegung von Domänen zwischen diesen Stufen zu verhindern (Fig. 7).