DE2329571A1 - Abfuehlanordnung zur erfassung magnetischer zylindrischer einzelwanddomaenen - Google Patents

Abfuehlanordnung zur erfassung magnetischer zylindrischer einzelwanddomaenen

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Description

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 971 101
Abfühlanordnung zur Erfassung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen .
Die Erfindung betrifft eine Abfühlanordnung zur Erfassung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen, deren Auftreten und Fehlen in vorgegebenen Plätzen einer magnetischen Schicht zur Informationsdarstellung ausnutzbar sind.
Es gibt vielerlei Arten von Abfüh!anordnungen der oben genannten Art. Diese Erfassungsmittel beruhen im wesentlichen auf den Einfluß der magnetischen Streufelder der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen auf die Abfühlanordnung. So ist z.B. eine Abfühlschleife, bestehend aus einem Leitungszug vorgesehen, um magnetische Einzelwanddomänen erfassen zu können. Die Änderung des Magnetflusses im Abfühlleiter beim Passieren einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne läßt dann ein entsprechendes Ausgangssignal entstehen. Eine solche Anordnung ist im USA-Patent 3 460 116 beschrieben.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel zur Erfassung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen ist in der USA-Patentschrift 3 515 456 ein magnetooptisches Ausleseverfahren beschrieben. Das hierbei verwendete Abfühlverfahren stützt sich auf die Tatsache, daß die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne eine Magneti-
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sierung besitzt, die entgegengesetzt gerichtet ist zu der der Magnetschicht, in der sich die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne bewegt. Infolgedessen wird die Polarisation eines einfallenden Lichtstrahls unterschiedlich in Abhängigkeit davon gedreht, ob beim Durchstrahlen durch einen Teil der Magnetschicht eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne vorhanden ist oder nicht. Hier bedient man sich des Kerr- oder Faradayeffekts, um das Fehlen oder Auftreten von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in vorgegebenen Plätzen der Magnetschicht anzuzeigen.
Eine Vieranschluß-Abfühleinrichtung für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen unter Anwendung des Halleffekts ist in der USA-Patentschrift 3 609 720 beschrieben. Bei dieser Abfühlungsart sind zusätzliche Zuführungsleitungen erforderlich. Außerdem lassen sich sehr kleine magnetische zylindrischen Einzelwanddomänen nicht so leicht erfassen.
Die bisher wirkungsvollste Art und Weise zur Erfassung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen bedient sich des magnetoresistiven Effektes. Ein magnetoresistives Abfühlelement ist dabei in Flußkopplungsnähe mit dem Weiterleitungspfad magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen angeordnet. Wenn das Streumagnetfeld der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne beim Verschieben auf diesem Weiterleitungspfad in den Einflußbereich des Abfühlelementes gelangt, dann ändert sich der Widerstand dieses Abfühlelements, was dann durch entsprechende Strom- oder Spannungsänderung angezeigt werden kann. Diese Art der Abfühlung bietet die Vorteile leichter Herstellung, der Integration in sowieso erforderliche Weiterleitungsmittel auf der Magnetschicht für Einzelwanddomänen und nicht zuletzt der Erzielung eines hohen Signal-Rauschverhältnisses.
Mit fortschreitender Weiterentwicklung von Systemen unter Anwendung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen geht das Bestreben dahin, die Abmessungen magnetischer zylindrischer Einzel-
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wanddomänen mehr und mehr herabzusetzen, um so zu möglichst hohen Speicherdichten gelangen zu können. Die mit sehr kleinen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen verbundenen Magnetfelder sind aber ebenfalls sehr klein und lassen sich deshalb nur sehr schwer für eine brauchbare Erfassung von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen ausnutzen. So stellt z.B. die Erfassung von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen im Submikron-Bereich ein auftauchendes Problem dar, das ein Haupthindernis darstellen könnte, um Speichersysteme sehr hoher Dichte unter Ausnutzung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen bereitzustellen.
Außer magnetoresistiver Abfühlverfahren, die schon für kleine Abmessungen magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen brauchbar sind, sind bisher jedoch keine anderen Verfahren bekanntgeworden. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Art Abfühleinrichtung wird ein zweites magnetoresistives Abfühlelement verwendet, das in Serie mit den ersten Abfühlelement liegt, jedoch nicht in Flußkopplungsnähe der zu erfassenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne angeordnet ist. Im wesentlichen wird hierdurch eine Rauschkompensation erreicht, so daß die Verstärkung noch entsprechend gesteigert werden kann.
Hier jedoch treten Schwierigkeiten auf, wenn die Abmessungen der zu erfassenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen sehr klein sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein äußerst empfindliches Erfassungsmittel für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen bereitzustellen, deren Durchmesser im Submikron-Bereich liegen kann, wobei kein nennenswerter zusätzlicher Aufwand zur Herstellung erforderlich sein soll; außerdem soll der Platzbedarf gegenüber bisherigen Anordnungen nicht wesentlich vergrößert sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen an den vorgegebenen Plätzen
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jeweils magnetischen Wechselfeldern aussetzbar sind, deren Feldstärkeamplituden Abmessung und/oder Form der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in vorgegebenen Grenzen schwanken läßt, und daß die Feldstärkeschwankungen sowohl unter Einfluß einer jeweils auftretenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne als auch bei Fehlen einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in Form von entsprechenden Strom- bzw. Spannungsschwankungen erfaßbar sind.
In vorteilhafter Weise werden hierzu die Feldstärkeamplituden des magnetischen Wechselfeldes durch Wechselstrom führende Leitterschleifen bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich wesentlich von der Leiterschleifenabfühltechnik, wie sie in der USA-Patentschrift 3 508 222 beschrieben ist. In dieser Patentschrift ist nämlich eine Abfühlanordnung gezeigt, bei der die Änderung des Magnetflusses in der Zeit über eine Abfühlschleife ausgenutzt wird, in der eine Spannung durch die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne induziert wird. Demgegenüber wird gemäß der Erfindung die Oszillation der geometrischen Abmessungen einer jeweiligen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne ausgenutzt, um einen grundlegenden Parameter in den Erfassungsmitteln zu ändern. So lassen sich z.B. erfindungsgemäß Wechselstromwiderstände von Induktivitäten und Kapazitäten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfassen und zur entsprechenden Anzeige verwenden.
Als weiteres hervorstechendes Merkmal der Erfindung gegenüber dem in der oben genannten USA-Patentschrift beschriebenen Verfahren ergibt sich, daß das Ausgangssignal wesentlich größer ist, da bei der bekannten Anordnung die über der Abfühlschleife induzierte Spannung gemessen wird, bei der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch über einem abgestimmten bzw. nicht abgestimmten Resonanzkreis. Da außerdem bei der bekannten Anordnung eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne bei der Erfassung an der Leiterschleife vorüberzieht, wohingegen erfindungsgemäß
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die erfaßte magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in der Leiterschleife oszilliert, ergeben sich auch schon von daher größere Ausgangssignale mit der erfindungsgemäßen Anordnung; Dies schon allein daher, weil die Periodendauer der Domänenoszillationen sehr viel kleiner ist als die Vorübergangszeit einer Einzelwanddomäne an einer Leiterschleife, wie bei der bekannten Anordnung.
In vorteilhafter Weise läßt sich der erfindungsgeir.äß ausgenutzte Effekt noch wesentlich verstärken, wenn die Frequenz der Einzelwanddomänenoszillation in die Resonanzstelle der Eigenfrequenz der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne gelegt wird.
Zur Anwendung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänenabfühlung gemäß der Erfindung ist es unbeachtlich, ob Einzelwanddomänen durch bekannte Weiterleitungsmittel in die Abfühlungsschleife transportiert werden oder aber in dieser selbst erzeugt werden. Die Wirkung beruht auf der Tatsache, daß ein Wechselstrom in der Leiterschleife ein magnetisches Wechselfeld bereitstellt, das zur Folge hat, daß die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen sich ausdehnen und zusammenziehen. Falls erforderlich, könnte es auch vorteilhaft sein, einen Gleichstromanteil durch die Leiterschleife zu übertragen, um so anfänglich die Größe einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne zu stabilisieren, so daß sich ihr gesamtes magnetisches Streufeld mit der Leiterschleife koppelt.
Die Größenoszillation der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen unter dem Einfluß eines Wechselstromanteils in der Leiterschleife ändert dabei einen grundlegenden Parameter in den Erfassungsmitteln, die mit der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne gekoppelt sind. So wird z.B. bei Änderung des induktiven Widerstandes in der Leitungsschleife eine Spannungsänderung bzw. Frequenzänderung in einen mit der Leiterschleife gekoppelten Resonanzkreis herbeiaeführt.
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Werden im von der Leiterschleife umfaßten Bereich der Magnetschicht auf Ober- und Unterseite der Magnetschicht Kondensatorbeläge angebracht, wobei dann die Magnetschicht selbst als Dielektrikum dient, dann ergeben sich in Abhängigkeit vom Auftreten oder Fehlen * einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in der Leiterschleife entsprechend unterschiedliche Kapazitätswerte, die sich in vorteilhafter Weise zur Erfassung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen ausnutzen lassen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Änderung der Lichtdurchlässigkeit der Magnetschicht in Abhängigkeit davon, ob auf einem vorgegebenen Platz in dieser Magnetschicht eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne vorhanden ist oder nicht, zur entsprechenden Erfassung ausgenutzt. So ist z.B. der Betrag des Streulichtes von der Oszillation der Domänen abhängig. Die Einzelwanddomänenoszillation trägt außerdem ebenso zu einer Änderung im Betrag des erfaßten Lichtes bei, wenn der Faraday- oder Kerreffekt ausgenutzt wird.
Das Ansprechen des Erfassungsstromkreises zeigt die Größenänderung einer eingefangenen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne entsprechend an.
Allgemein läßt sich also sagen, daß die Erfindung die Tatsache ausnutzt, daß Größenschwankungen einer in einer Leiterschleife eingefangenen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne entsprechende Schwankungen in den Erfassungsmitteln zur Folge haben, die sich dann für eine Anzeige ausnutzen lassen.
Um die Erfassungmittelanzeige in ihrer Wirkungsweise vorteilhaft zu gestalten, lassen sich noch Filter verwenden, die störende Wechselvorgänge in den Signalausgangen unterdrücken.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der unten aufgeführten Zeichnungen und aus den Patentansprüchen.
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Es zeigen;
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsge-
mäßen Abfühlanordnung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung, bei der die Spannung
am Punkt A in Fig. 1 in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen ist,
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zur Erfassung abgefühlter
Einzelwanddoroänen,
Fig. 4 eine graphische Darstellung, bei der die Spannungen am Punkt A und am Punkt B der Anordnung nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen sind,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Erfassung abgefühlter magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen,
Fig. 6 eine graphische Darstellung, bei der der Do
mänendurchmesser und der Magnetfluß in der Abfühlschleife jeweils in Abhängigkeit vom auf die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen ausgeübten Gesamtmagnetfeld aufgetragen sind.
Fig. 7 die schematische Darstellung einer Abfühlanord
nung, bei der die Erfassungsmittel getrennt von den Oszillationsmitteln vorgesehen sind,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Einzelwand-
domänenabfühlanordnung, bei der die Erfassungsmittel auf Kapazitätsänderungen eines mit den magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen einkoppelbaren Kreise ansprechen, und
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Fig. 9 optische Erfassungsmittel für magnetische zylin
drische Einzelwanddomänen.
In Fig. 1 sind in einer aus Granat oder einem Orthoferrit bestehenden Magnetschicht 10 magnetische zylindrische Einzelwanddomänen 12 vorhanden, die einerseits in dieser Schicht an geeigneten Stellen erzeugt werden können und andererseits in Richtung des Pfeiles 14 weiterleitbar sind.
Eine Vormagnetisierungsfeldquelle 16 stellt ein Vormagnetisierungsfeld H zur Stabilisierung der Domänengröße in der Magnetschicht
10 bereit. Die Vormagnetisierungsfeldquelle kann aus einer die Magnetschicht 10 umgebenden Spule, einer permanenten Magnetschicht oder aber auch aus einem besonderen Magnetfilm bestehen, der mit der Magnetschicht 10 in Wechselwirkung gekoppelt ist; wobei alle diese Anordnungen dem Fachmann durchaus geläufig sind. Noch zusätzlich sind auf der Magnetschicht 10 Mittel angeordnet, durch die sich die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen 12 in an sich bekannter Weise weiterleiten lassen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist hierzu eine Weiterleitungsfeldquelle 18 vorgesehen, die ein Weiterleitungsmagnetfeld H bereitstellt, das sich in Schritten in der Ebene der Magnetschicht 10 drehen läßt. Dieses Weiterleitungsmagnetfeld H dient zur Schaffung anziehender Magnetpole in jeweils aufeinanderfolgenden Lagen auf weichmagnetischen Streifenelementen, die in Weiterleitungsrichtung auf der Magnetschicht 1O, wie an sich ebenfalls bekannt, angeordnet sind. In der Anordnung nach Fig. 1 ist lediglich eines dieser Streifenelemente, nämlich der T-förmige Permalloystreifen 20 dargestellt. Eine Steueranordnung 22 liefert Taktgeberimpulse zur Betätigung der Feldquellen 16 und 18, so daß die erforderlichen Magnetfelder ausgelöst werden.
Der Magnetschicht 10 ist eine Abfühlanordnung 24 zugeordnet, die die Oszillationsmittel 26 enthält, die in zweckmäßiger Weise aus einer stromdurchflossenen Leiterschleife bestehen. Weiterhin ist hierin eine Schaltkreisanordnung 28 enthalten, die einen
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Wechselstrom I in der Leiterschleife 26 bereitstellt, um eine Oszillation der Einzelwanddomänenabmessung in der Leiterschleife 26 herbeiführen zu können.
Die Schalkreisanordnung 28 enthält die Spule Ll, den Kondensator Cl, eine Strombegrenzerimpedanz Zl, eine Gleichspannungsquelle VDC und eine Wechselspannungsquelle VAC· Die Wechselspannungsquelle V. IaBt sich durch einen Steuerimpuls von den Steuermitteln 22 nach Bedarf auslösen. Diese beiden Spannungsquellen liefern einen Strom Ic durch die Leiterschleife 26. Die Induktiv!- tat Ll wirkt sich im Schaltkreis derart aus, daß die Resonanzfrequenz des Schaltkreises auf brauchbare Werte herabgedrückt wird. Die Strombegrenzerimpedanz Zl ist vorzugsweise ein induktiver Widerstand, so daß der Resonanzkreis, bestehend aus der Spule Ll und dem Kondensator Cl nicht belastet wird, wenn eine Einzelwanddomänenabmessung in der Leiterschleife 26 oszilliert. Die Spannungsquelle V liefert eine Hochfrequenzspannung mit einer
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Frequenz im Bereich von 1 bis lOOO Megahertz. Die Frequenzantwort der Einzelwanddomäne hängt von dem Magnetschichtmaterial zur Bildung und Aufrechterhaltung von magnetischen Einzelwanddomänen ab, wobei die Frequenz der Spannung V „ generell so gewählt wird, daß der Einzelwanddomänendurchmesser in seiner Oszillation wirkungsvoll Ansprechen kann; beispielsweise tritt dies nahe der Eigenresonanz der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne ein. Eine Betriebsweise bei so hoher Frequenz wie möglich, wobei natürlich die Domäne noch ansprechen muß, ist anzustreben.
Die Spannungsquelle VDC dient zum Justieren der Abmessung einer in der Leiterschleife 26 befindlichen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne, und zwar derart, daß das gesamte Streumagnetfeld der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne mit der Leiterschleife gekoppelt wird, selbst wenn kein Wechselstrom I zugeführt wird. Mit anderen Worten: wenn der Durchmesser einer magnetischen zlindrischen Einzelwanddomäne nahezu gleich der Abmessung der Leiterschleife 26 ist, dann tritt maximale Empfindlichkeit ein.
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Erfassungsmlttel 30 sind am Anschlußpunkt A angeschlossen, um das Auftreten oder Fehlen von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen 12 in der Abftihlschleife 26 anzuzeigen, indem eine durch die Induktivität der Leiterschleife 26 hervorgerufene Wechselspannungsänderung beim Auftreten einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in dieser Leiterschleife 26 ausgenutzt wird.
Beim Betrieb wird der Durchmesser einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 12, die sich in der Leiterschleife 26 aufhält, unter der Wirkung des Wechselstromes I durch die Leiterschleife 26 erhöht und erniedrigt. Der Gesamtstrom Ic setzt sich dabei zusammen aus dem Strom I und dem Strom, der durch die Gleichstrom-
quelle V__ bereitgestellt wird. Da die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in ihrem Durchmesser oszilliert, variiert entsprechend der von der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne auf die Leiterschleife 26 gekoppelte Magnetfluß in gleicher Weise. Dadurch ergibt sich aber eine Änderung im Wechselstromwiderstand der Leiterschleife 26, der hinwiederum eine Frequenzänderung in der angeschlossenen Schaltkreisanordnung 28 zur Folge hat. Diese Frequenzänderung läßt sich durch die Erfassungsmittel 30 feststellen, um so anzuzeigen, ob eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 12 in der Ab fühlschleife 26 auftritt oder nicht.
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Anordnung läßt sich genauer anhand der graphischen Darstellung nach Fig. 2 erläutern. In dieser graphischen Darstellung ist die Spannung VA am Anschlußpunkt A als Funktion der Frequenz des Resonanzkreises 28 aufgetragen. Die ausgezogene Kurve stellt dabei die Resonanzkurve der Schalkreisanordnung dar, wenn keine Domäne in der Ab fühlschleife 26 auftritt. Diese Kurve hat eine Resonanzfrequenz fQ, die sich durch folgende Beziehung auszudrücken läßt:
ψ = _L_ «7 * 7
0 2π L(LO+L1)C1 J
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Hierin bedeuten: LQ die Induktivität der Abfühlschleife 26
Ll die Induktivität der Spule Ll, und Cl die Kapazität des Kondensators Cl.
Tritt hingegen eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in der Abfühlschleife 26 auf, dann ändert sich der diese Schleife durchdringende Magnetfluß. Dies hinwiederum hat eine Änderung der Resonanzfrequenz der Schaltkreisanordnung 28 zur Folge, so daß sich ein neuer Wert f' ergibt, der von der ursprünglichen Resonanzfrequenz f_ verschieden ist. Ein Wechselstrom I , der durch diese Leiterschleife 26 fließt, erzeugt ein Hagnetfeld, das sich abwechselnd dem Vormagnetisierunosfeld H„ auf einer magnetisehen zylindrischen Einzelwanddomäne innerhalb der Leiterschleife 26 hinzuaddiert oder substrahiert. Dies verursacht eine Änderung im Wechselstromwiderstand der Leiterschleife 26 aufgrund des Unterschiedes des diese Schleife jeweils durchsetzenden Magnetflusses. Damit ändert sich der Wert für die Induktivität LQ auf L'o = L + ALQ. Wird dieser neuer Wert der Induktivität in Gleichung 1 eingesetzt, dann ergibt sich offensichtlich eine neue Frequenz f'o < fQ.
Die gestrichelte Kurve in Fig. 2 zeigt,die Frequenzänderung in der Schaltkreisanordnung 28 an, wenn eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in der Leiterschleife 26 auftritt. Die Kurve zeigt klar, daß eine Frequenzänderung (bei fester Spannung) sich entweder durch die Erfassungsmittel 30 feststellen läßt oder eine Sρannungsänderung (bei fester Frequenz) durch die Erfassungsmittel 30 angezeigt wird. Sollen z.B. Messungen bei einer festen Frequenz fQ gemacht werden, dann ändert sich die Spannung VA air Anschlußpunkt A vom Wert V_ zu einem Wert V_, wenn eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in der Leiterschleife 26 auftritt. Werden Messungen bei einer festen Spannung V. durchgeführt, dann stellen die Erfassungsmittel 30 eine Frequenzverschiebung fQ - f'o als Resultat einer sich in die Abfühlschleife 26 hineinbewegenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 12 fest.
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Obgleich die Kurven in der graphischen Darstellung nach Fig. 2 in jeweils gleicher Gestalt gezeigt sind, wobei lediglich eine kleine Verschiebung zueinander vorgenommen ist, kann es in der Praxis durchaus der Fall sein, daß das Ansprechen des Resonanzkreises beim Auftreten einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in der Leiterschleife 26 aufgrund eines geringfügigen Enercieverlustes bei der Einzelwanddomänenverschlebung erniedrigt wird. In diesem Falle müßte dann die gestrichelte Kurve eine etwas geringer Spitzenspannung als V zusätzlich zur Verschiebung gegenüber der ausgezogenen Kurve besitzen.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 dient zur Domänenerfassung in der Anordnung nach Fig. 1. Diese Schaltungsanordnung enthält einen üblichen Wechselstromverstärker 32, einen Diodendetektor 34 und bedarfsweise ein Rauschfilter (R2, C2) mit dem Bezugszeichen 36. Die anderen Baukomponenten in Fig. 3 sind die gleichen wie die in Fig. 1 gezeigten.
Der Verstärker 32 verstärkt die am Anschlußpunkt A auftretende Spannung, wohingegen der Detektor 34 als Gleichrichter und Filter wirkt, wobei der aus dem Widerstand R2 und dem Kondensator C2 gebildete Kreis 36 dazu dient, die Spannungsschwankungen des Ausgangssignals mit der Frequenz fQ auf einem minimalen Wert zu halten.
Die Werte der Induktivität Ll und der Kapazität Cl werden entsprechend der Abmessung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne, dem Magnetschichtmaterial usw. gewählt. Ist der Schaltkreis einmal eingestellt, dann werden keine weiteren Änderungen mehr benötigt. Die Wechselstromfrequenz des Schaltkreises ist durch die Induktivität LQ der Leiterschleife, durch die Induktivität der Spule Ll und durch die Kapazität des Kondensators Cl festgelegt. Abweichungen von dieser Frequenz aufgrund des Auftretens einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in der Leiterschleife 26 lassen sich wie gesagt als Spannungsänderungen an den Anschlußpunkten A und B feststellen.
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Das Filter 36 besteht aus dem Widerstand R2 und dem Kondensator C2. Wie ersichtlich und bereits oben erwähnt, dient dieses Filter zur Herabdrückung des restlichen Rauschens bei der Frequenz f_. Das Filter 36 besitzt eine Zeitkonstante τ = (R2)(C2). Jedoch läßt sich diese Zeitkonstante sehr klein halten.
Die graphische Darstellung nach Fig. 4 zeigt jeweils die Abhängigkeit der Spannungen V. am Anschlußpunkt A und V am Anschlußpunkt B als Funktion von der Zeit. Aus dieser graphischen Darstellung läßt sich ersehen, daß die Spannung V,. eine größere Amplitude besitzt, wenn eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne nicht in der Leiterschleife 26 auftritt, als wenn sie da ist. Die Spannung V zeigt eine geringere Welligkeit aufgrund der Wirkung des Rauschfilters 36. Jedoch ist zu berücksichtigen, daß die Zeitkonstante τ die Bestimmung der Differenz der Spannungspegel bei Messungen am Anschlußpunkt B verzögert.
Das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel zur Feststellung einer Induktivitätsänderung in der AbfühIschleife 26, je nachdem ob eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in der Abfühlschleife auftritt oder nicht auftritt, enthält einen Miller-Integrator, der mit dem bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Resonanzkreis gekoppelt ist. Dieser Millerintegrator ist von üblicher Bauart und braucht deshalb nicht näher beschrieben zu werden. In der Anordnung nach Fig. 5 sind zwei Resonanzkreise Tl und T2 vorgesehen. Hierbei enthält der Resonanzkreis Tl die Induktivitäten LO und Ll und hierzu parallel liegend den Kondensator Cl. Der Resonanzkreis T2 besteht aus der Induktivität L3 und dem Kondensator C3. Die Diode 34 und das Rauschfilter 36 dienen hier dem gleichen Zweck wie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 3. Der Kondensator C4 gewährleistet eine Phasenjustierung im Rückkopplungskreis des Verstärkers 32.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 schwingt nur dann, wenn beide Resonanzkreise Tl und T2 auf die gleiche Resonanzfrequenz
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eingestellt sind. Im Anfangszustand ist die Schaltungsanordnung so eingestellt, daß beide Resonanzkreise Tl und T2 die gleiche Resonanzfrequenz besitzen, ohne daß eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in der Abfühlschleife 26 auftritt. Eine hierdurch bedingte Schwingungsanfachung führt zu einer entsprechenden Spannung V an der Anschlußklemme B. Tritt nun eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in der Abfühlschleife 26 auf, dann sind die Resonanzkreise Tl und T2 nicht mehr auf eine gemeinsame Frequenz abgestimmt, so daß sich eine geringere Spannung an der Anschlußklemme B ergibt, um so das Auftreten einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in der Abfühlschleife 26 anzuzeigen.
Die Abfühleinrichtung 24, bestehend aus der induktiven Abfühlschleife 26 und der zugeordneten Schaltungsanordnung 28 läßt sich leicht durch übliche Verfahren herstellen. So besteht z.B. die Abfühlschleife 26 aus einem Leiter, der in Form eines Bandleiters direkt auf die magnetische Schicht 10 niedergeschlagen werden kann oder auch auf eine dünne Isolierschicht, die gleichförmig auf der Magnetschicht 10 aufliegt. Die Abfühlschleife 26 besitzt einen Durchmesser D, der größer ist als der Durchmesser d der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 12. Die Breitenschwingung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 12 liegt bereichsmäßig zwischen den Durchmessern der dem einer unmittelbar vor dem Zusammenbruch liegenden Einzelwanddomäne und dem einer auseinanderfließenden magnetischen zylindrischen Eizelwanddomäne entspricht. Hierauf muß also bei der Wahl der Durchmessers der Abfühlschleife 26 Rücksicht genommen werden. So kann z.B. die Abfühlschleife 26 einen Durchmesser D von 7 pm auf Granatfumschichten von etwa 6-12 pn Dicke besitzen.
Die Bauelemente Ll und Cl lassen sich falls erforderlich direkt auf die Magnetschicht 10 in Form integrierter Schaltkreise niederschlagen. Ebenso könnten sie allerdings auch Teil einer äußeren Schaltkreisanordnung sein.
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Ein typisches Beispiel zur Beschreibung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Abftih!einrichtung wird mit Hilfe der graphischen Darstellung nach Fig. 6 erläutert. Hierin ist wie bereits gesagt, der durch die Abfühlschleife 26 erfaßte Magnetfluß Φ als Funktion des auf eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 12 ausgeübten Gesamtmagnetfeldes, welche sich innerhalb der Abfühlschleife 26 befindet, aufgetragen. Die entsprechende Kurve ist mit Φ bezeichnet.
Der Domänendurchmesser d einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in der Abfühlschleife 26 ist hierin ebenfalls in Abhängigkeit vom Gesamtmagnetfeld aufgetragen, das auf eine in einer Leiterschleife 26 befindliche magnetische zylindrische Einzelwanddomäne ausgeübt wird. Der Domänendurchmesser dQ entspricht der, Einzelwanddomänendurchmesser, wenn kein magnetisches Wechselfeld auf die Einzelwanddomäne einwirkt. Mit anderen Worten, der Durchmesser d_. entspricht dem Durchmesser einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne, auf die als Gesamtmagnetfeld das Vormagnetisierungsfeld H einwirkt.
Sowie das auf die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne einwirkende Magnetfeld in seiner Stärke variiert, ändert sich entsprechend auch der Durchmesser der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne, und zwar wie durch Kurve d vorgegeben. Wie bereits angedeutet, fällt der bevorzugte Arbeitsbereich dieser r'agnetfeldänderungen zwischen den kritischen Stabilitätspunkten einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne, d.h. zwischen dem der elliptischen Instabilität (Auseinanderlaufen) und dem der radialen Instabilität (Zusammenbruch). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Amplitude des magnetischen Wechselfeldes aufgrund eines entsprechenden Stromes in der Abfühlschleife derart gewählt, daß der Domänendurchmesser ausgeweitet und zusammengezogen wird, ohne daß dabei die Gebiete des Zusammenbruchs oder des Auseinanderlaufens berührt werden. So läßt sich beispielsweise entsprechend der graphischen Darstellung nach Fig. 6 der Einzelwanddomänendurchmesser zwischen 1,7 tun und 4,4 jum variieren.
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Der Einzelwanddomänendurchmesser ist etwas geringer als der Durchmesser D einer Abfühlschleife, so daß gilt:
(2) A^a hierin bedeuten:
A = uD2/4 a = πα2/4
Das Magnetfeld in der Mitte der Schleife 26 aufgrund eines S tromes
spricht
Stromes I in der Schleife 26 ist nahezu gleichförmig und ent-
HAC - Vs hierin bedeuten:
I der Wechselstrom ω
H-c die Feldstärke des magnetischen Wechselfeldes in der Leiterschleife
I und H1.ρ sind begrenzt auf den Arbeitsbereich des Domänendurchmesser zwischen Durchmesser bei Zusammenbruch und Durchmesser nahe dem Zustand der elliptischen Instabilität, d.h. des Auseinanderlaufens .
Ist das Vormagnetisierungsfeld H derart gewählt, daß der Einzelwanddomänendurchmesser d im Bereich zwischen Zusammenbruch und Auseinanderlaufen stabilisiert ist, dann ergibt sich für H-_ als Grenzen:
(4) HÄr ^H - H (Auseinanderlaufen) H-_ *\» H (Zusammenbruch) - H
A Z
Y0 971 101 303887/1058
Zusätzlich läßt sich die Spannungsquelle V zur Lieferung eines Stromes I _ verwenden, der auch das Vormagnetisierungsfeld H in der Abfühlschleife 26 bereitstellt.
Im Ansprechen auf H varriert dann der Einzelwanddomänendurch-
AL
messer, um seinen Gleichgewichtswert d . Aus der Kurve d in der graphischen Darstellung nach Fig. 6 läßt sich herleiten:
Für dieses spezielle Beispiel ist auch die Größe 3d/3H _ aus der Kurve d in der graphischen Darstellung nach Fig. 6 entnommen. Das bedeutet, daß die Steigung der Kurve d dem Wert 0,1 μπ\/Oe entspricht, was' für ein typisches Granatmaterial, wie z.B. GdQ 2Y2 QGa-Fe-O12), gilt. Die Flächenänderung einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in Abhängigkeit von einem Magnetfeld H ergibt sich aus der Beziehung:
nv
(6) ||— = 5 · 10"67rd0
3HAC
Die Amplitude der Schwingung einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne beträgt dabei
(7) Aa = j£° 2 · ΙΟ"4*2
Die Änderung des Durchmessers einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne führt zu einem Induktivitätsbeitrag in der Leiterschleife 26, der sich wie folgt ausdrücken läßt:
(8) ALn = 8πΜβ ^ = 4ττ2 · ίο"4 (4πΜ) — υ s ιω SU
hierin bedeuten:
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- 18 M die Sättigungsmagnetisierung der Magnetschicht 10.
Die Induktivität der Abfühlschleife 26 ohne hierin enthaltene magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 12 ergibt sich aus der nachstehenden Gleichung, die lediglich die geometrischen Abmessungen der Abfühlschleife berücksichtigt. Im einfachen Falle, bei dem die Breite und Dicke der Leiterschleife angenähert gleich sind und wo gilt δ << D, ergibt sich so:
(9) L0 - 2*pgD Un ψ- - 1,75)
hierin bedeuten:
u die Permeabilität der Magnetschicht 10;
' S
δ die Breite des Leiters der Abfühlschleife 26.
In typischer Weise beträgt u - 1 für einen gesättigten Magnetfilm. Wird von einem brauchbaren Wert δ - D/6 für die Abfühlschleife 26 ausgegangen, dann erhält man
(10) L0 ■ 0,97 (4itD)
und
,„, 4L0ZL0 =
Bei einem typischen Granatfilm ergibt sich für 4ττΜ angenähert 215 G. Für D - l,5d erhält man so:
(12) ÄLq/Lq - 10
Daraus ergibt sich, daß die Induktivität der Abfühlschleife 26 um eine Größenordnung anwächst, so daß eine-große Frequenz und Spannungsänderung in der Erfassungsschaltkreisanordnung herbeigeführt wird.
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Als typische Werte für wechselstrombetriebene Abfühlanordnungen gelten:
fÄ - 25 MHz
ΙΟ"11 ,5 · H fo
Ll - 2, ,016 ΙΟ"9 Η
Cl = O, FF
I
O		 - 1 , AL .
o" _ 2 (L1+LO ;
1 ,10L0.
2 1TT'
0,5 MHz
Die in Fig. 7 gezeigte Abfühlanordnung besitzt Schwingungsmittel, die von den Erfassungsmitteln getrennt sind. Eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 12 ist hier in eine Lage gebracht, bei dem ein Wechselstrom durch die Schwingungsmittel 26 veranlaßt, daß die Größe und/oder Form dieser magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne ebenfalls zu schwingen beginnt. Die schwingende magnetische zylindrische Einzelwanddomäne koppelt gleichzeitig die Schwingungsmittel 26 mit den Erfassungsmitteln 30.
In der gleichen Weise, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, werden die in den Erfassungsmitteln 30 auftretenden Spannungen durch den Verstärker 32 verstärkt, so daß über Diode 34 am Anschlußpunkt B Spannungen auftreten, die von der Anwesenheit einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in einer Lage abhängen, in der Schwingungsmittel 26 über einen durchfließenden Strom auf sie einwirken können. Das Rauschfilter 36 glättet das Spannungssignal am Anschlußpunkt B.
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Die Schwingung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 12 mit Hilfe der Schwingungsinittel 26 stellt keine radiale Schwingung, wie oben erwähnt, dar. Für die Erfindung ist es jedoch unbeachtlich und überhaupt nicht kritisch, in welcher Weise mechanische Schwingungen der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne ausgenutzt werden und welcher Art diese Schwingungen sind.
Im in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Kapazitätsänderung als Anzeigeparameter für die Erfassungsmittel 30 beim Auftreten einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 12 in den Schwingungsmitteln 26 ausgenutzt.
Die Schwingungsmittel 26 enthalten dabei wie oben eine Leiterschleife, an die eine Wechselstromquelle V und eine Gleichstromquelle V über eine Impedanz Zl angeschlossen sind. Die Funktion dieser Bauelemente ist dabei identisch mit den Funktionen in anderen Ausführungsbeispielen.
Die Erfassungsmittel 30 enthalten generell die Kondensatorbeläge 38A und 39B, die auf Ober- und Unterseite der Magnetschicht 10 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Der Rest der Erfassungsmittel 30 besteht aus den gleichen Bauelementen, wie oben bereits im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen beschrieben, nämlich einem Wechselstromverstärker 32, einer Erfassungsdiode 34 und einem Rauschfilter.
Bei Betrieb verursachen die schwingenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen jeweils Spannungsänderungen an dem aus den Belägen 38A und 38B gebildeten Kondensator. Diese Spannungsänderungen werden durch den Wechselstromverstärker 32 verstärkt und über die Diode 34 an den Anschlußpunkt B übertragen, so daß die hieran auftretende Spannung kennzeichnend für das Auftreten und Fehlen einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 12 in den Schwingungsmitteln 26 ist, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 bereits beschrieben.
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Die Ausbildung einer Spannung zwischem den Kondensatorbelägen 38A und 38B hängt von der Austrittsarbeit an der Unter- bzw. Oberseite der Magnetschicht 10 ab. Sind diese Austrittsarbeiten unterschiedlich, dann bildet sich eine Spannung an den Kondensatorbelägen 38A und 38B aus, wenn die Fläche der jeweiligen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in ihrem Ausmaß schwingt. Ganz allgemein besteht die Magnetschicht 10 aus einem Material, das keine Inversionssymmetrie im Kristallgitter aufweist, um eine Spannung als Anzeige für das Auftreten und Fehlen von Domänen in den Schwingungsmitteln 26 bereitzustellen.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 dient eine Lichtquelle, um eine Anzeige für das Auftreten oder Fehlen einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 12 in den Schwingungsmitteln 26 anzeigen zu können. Im einzelnen wird von dieser Lichtquelle 40,, wie z.B. einem Helium-Neon-Laser ein Lichtstrahl durch eine λ/4-Platte 42 auf die Magnetschicht 10 zirkularpolarisiert und gelangt hierüber auf die Photozelle 44, die hinter einer Platte mit einer Lochblende 48 angeordnet ist. Das auf die Photozelle 44 einfallende Licht hat einen elektrischen Strom zur Folge, der am Widerstand R3 einen Spannungsabfall herbeiführt. Die am Anschlußpunkt B auftretende Spannung ist demnach kennzeichnend dafür, ob eine magnetische zylindrische Einzelwanddomäne 12 in Kopplung mit den Schwingungsmitteln 26 auftritt oder nicht. Die Kurve 50 an der Blendenplatte 46 entspricht'dem von der Magnetschicht 10 einfallenden Licht in seiner Verteilung.
Bei Betrieb wird das durch Magnetschicht 10 gelangende Licht gestreut und die Intensität des gestreuten Lichtes, das die Photozelle 44 erreicht, ändert sich aufgrund der Größenschwingung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne 12 innerhalb der Schwingungsmittel 26. Aus diesem Grunde ist der Spannungsbetrag am Anschlußpunkt B eine Anzeige für das Auftreten und Fehlen einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne innerhalb der Schwingungsmittel 26.
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Natürlich ließen sicK auch Kerr- oder Faradayeffekt zum Erfassen oszillierender magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen verwenden in Anwendung der Anordnung nach Fig. 9. In diesem Falle müßte dann liniarpolarisiertes Licht verwendet werden, was einen Polarisator bedingt, der vor die magnetische Schicht 10 angeordnet wird und einen Analysator erfordert, der sich hinter dieser magnetischen Schicht 10 befindet.
Zusammenfassend ergibt sich eine Erfassungseinrichtung für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen, die Schwingungsmittel zur Änderung der Größe und/oder der Form magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen in einer Magnetschicht besitzt, wobei die Erfassungsmittel auf die genannten Änderungen ansprechen. Generell wird ein die Betriebsweise der Erfassungsmittel beeinflussender Parameter geändert, wenn die Domänenabmessung und/oder Form einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne variiert; eine solche Änderung wird dann in Form einer Strom- und Spannungsänderung erfaßt. Die Schwingungsmittel und die Erfassungsmittel brauchen nicht in der gleichen Anordnung enthalten zu sein und außerdem lassen sich verschiedene Parameter zur Anzeige des Fehlens oder Auftretens einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne ausnutzen. Eine erfindungsgemäße Anordnung zeigt eine hohe Empfindlichkeit, unbeachtlich der Abmessung einer zu erfassenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne; darüber hinaus läßt sie sich leicht mit Hilfe üblicher Herstellungsverfahren direkt auf einen magnetischen Chip oder einer isolierenden Schicht über dem magnetischen Chip aufbringen. Fernerhin ist die Abmessung der Schwingungsmittel und ihre Form weitgehend freigestellt.
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Claims (6)

  1. - 23 -
    PATENTANSPRÜCHE
    Abfühlanordnung zur Erfassung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen, deren Auftreten und Fehlen in vorgegebenen Plätzen einer magnetischen Schicht zur Informationsdarstellung ausnutzbar sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen (12) an den vorgegebenen Plätzen jeweils magnetischen Wechselfeldern aussetzbar sind, deren Feldstärkeamplitudenabmessung und/oder Form der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen (12) in vorgegebenen Grenzen schwanken läßt, und daß die Feldstärkeschwankungen sowohl unter Einfluß einer jeweils auftretenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne (12) als auch bei Fehlen einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne (12) in Form von entsprechenden Strom- bzv . Spannungsschwankungen erfaßbar sind.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärkeamplituden des magnetischer Wechselfeldes durch wechselstromführende Leiterschleifen (26) bereitstellbar sind.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleife (26) Teil der Induktivität (L- + L ) eines Resonanzkreises ist, dessen Abstimmung vom Auftreten und Nichtauftreten einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne (12) abhängig ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Leiterschleife (26) zur Beeinflussung einer eingefangenen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne (12) und eine zweite Leiterschleife (30) über die eingefangene magnetische zylindrische Einzelwanddomäne (12) mit der ersten (26) koppelbar ist, und daß die zweite Leiterschleife (30) an einem Verstärker
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    (32) zur Anzeige des Fehlens oder Auftretens einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne (12) liegt.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleife (26) einen Kondensator umgibt, der mit der magnetischen Schicht (10) als Dielektrikum je einen Belag (38A, 38B) auf ihrer Ober- und Unterseite besitzt.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laserstrahlquelle (40) vorgesehen ist, deren Ausgangsstrahl über ein λ/4-Plättchen (42) die magnetische Schicht (10) im durch die Leiterschleife (26) umgrenzten Platz durchstrahlt, um über eine hinter der magnetischen Schicht (10) angeordneten Lochblende (46) einen lichtempfindlichen Empfänger (44) zur erregen.
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