DE2411982C3 - Magnetische Vorrichtung mit Domänen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Vorrichtung mit mindestens einer dünnen Schicht aus einem magnetisierbaren Material, das eine Vorzugsmagnetisationsrichtung nahezu senkrecht zu der Oberfläche der Schicht aufweist, welche Vorrichtung weiter Mittel zum Aufrechterhalten und gegebenenfalls Zerstören sowie Mittel z-.;m Br /egen magnetischer Domänen enthält, wobei die Schicht mit einer Domänenpositionierungsstruklur ν liehen ist.

Die seltenen Erd- und Yttrium-Orthoferrite und bestimmte Ferrite mit Granatstruktur sind Beispiele von für diesen Zweck brauchbaren Materialien. Die Materialien weisen eine Vorzugsmagnetisationsrichtung infolge einer ihnen eigenen einachsigen Anisoiropie auf. Diese einachsige Anisotropie kann durch ein sogenanntes einachsiges Anisotropiefeld gekennzeichnet werden. Als Mittel /um Aufrechterhalten und gegebenenfalls Zerstören der magnetischen Domänen in Plättchen aus den genannten Materialien wird ein äußeres Magnetfeld //„ verwendet, dessen Richtung wenigstens im wesentlichen mit der genannten Vorzugsmagnelisationsrichlung des Plättchens zusammenfallt. Die magnetischen Domänen sind z. B. kreiszylindrisch gestaltet und diese können nur bei Magnetfeldern /■/,, mit einer zwischen bestimmten Grenzen liegenden Stärke in einer stabilen Form bestehen. Diese Grenzwerte für das Feld sind u.a. von der Dicke der Platte, in der die Domänen auftreten, und von der chemischen Zusammensetzung derselben abhängig. Auch können die Domänen ring- oder streifenförmig sein.

Es wurden bereits vielerlei Vorschläge zur Ausnutzung derartiger Domänen gemacht. Dabei ist es in vielen Fällen von wesentlicher Bedeutung, daß eine Domäne zu einem gewissen Zeitpunkt eine feste Lage in der Schicht einnimmt und dann unter dem Einfluß bestimmter treibender Kräfte zu einer anderen festen Lage befördert wird. Es ist bekannt, daß diese treibenden Kräfte mit Hilfe auf der Schicht angebrachter Domänenleitungsstrukturen unter Verwendung eines Magnetfeldes, eines elektrischen Stroms oder von Licht hervorgerufen werden können. Die Bewegungsrichtung der Domänen wird dabei in erster Linie durch die Form der Domänenleitungsstrukturen bestimmt Je nach der Form der Domänenleitungsstrukturen wird z. B. ein in der Ebene der Schicht rotierendes Magnetfeld oder ein senkrecht zu der Ebene der Schicht variierendes Magnetfeld verwendet

Diese bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß die Bewegungsrichtung der Domänen durch die Form der Domänenleiiungsstrukturen bestim>iit wird,

ίο so daß sich die Domänen nur in bestimmten Richtungen durch ein Plättchen bewegen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine magnetische Vorrichtung anzugeben, bei der mit geringem Aufwand und weitgehend unabhängig von der Domänenleitungs-

!■> struktur eine Domäne in eine willkürlich wählbare Richtung bewegt werden kann. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß außerdem ein nahezu in der Ebene der Schicht liegendes Magnetfeld konstanter Richtung anlegbar ist, wodurch an bestimmten Stellen der Schicht parallel zur Achse dieses Magnetfeldes eine Domäne von einem ersten Element der Domänenpositionierungsstruktur zu einem zweiten Element derselben bewegt wird. Unter einer Domänenpositionierungsstruktur ist eine Struktur zu versehen, die in erster Linie die festen Lagen in der Schicht bestimmt, die von den Domänen eingenommen werden können. In diesem Falle wird die Bew+.-gungsrichtung bestimmter Domänen von der Richtung des Magnetfeldes vorgeschrieben, so daß, im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen,

Mt eine viel größere Freiheit in der Bewegung der Domänen erzielt wird.

Die Größe des Magnetfeldes in der Ebene der Schicht, das für die Forlbewegung der Domänen benötigt wird, ist von der Größe des einachsigen

r> Anisotropiefeldes abhängig; dieses Magnetfeld ist etwa gleich dem 0,1- bis 0,8-fachcn dieses Anisotropiefeldcs. Um die Anwendung einfach zu erhaltender Magnetfelder zu ermöglichen, ist die Größe des einachsigen Anisolropicfeldes /Λ des magnetisierbaren Materials vorzugsweise kleiner als 300 Oc.

Die Größe des Magnetfeldes in der Ebene der Schicht bestimmt die Abmessungen einer Domäne und in gewissen Fällen auch die Form einer Domäne. Diese Tatsache wird z. B. in Zusammenarbeit mit der

<^r> Domänenpositionicrungssiruktur bei der Fortbewegung der Domänen benutzt. Wenn auf Grund der Domänenpositionierungsstruktur für eine bestimmte Domäne eine Anzahl Bewegungsrichtungen möglich ist, bestimmt das Feld, i,i welcher dieser Richiungcn sich die

w Domäne bewegt. Bei bekannten Vorrichtungen, in denen auf Grund einer auf der Schicht vorhandenen Struktur eine Anzahl Bewegungsrichtungen möglich ist, sind neben einem Magnetfeld zur Fortbewegung von Domänen stets zusätzliche Mittel zur Bestimmung der

Vi Richtung der Bewegung erforderlich. Derartige zusätzliche Mittel, z. B. Stromsehlcifcn, bringen jedoch im Zusammenhang mit ihrem dauernden Charakter eine Beschränkung in bezug auf die Freiheit von Bewegungsrichtungen mit sich. In einem anderen Falle wird der

w) Drehsinn des rotierenden Feldes zur Fortbewegung von Domänen zu diesem Zweck benutzt, aber dies ist nur bei einem bestimmten Aufbau der Domänenleitungsstruktur möglich. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung bleibt der Drehsinn des rotierenden Feldes unverändert.

<>■> Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine magnetische Vorrichtung mit einer

bestimmten Domänenleitungsstruktur,

Fig.2, 3, 4 und 5 einen bestimmten Teil der Vorrichtungen nach Fig. I,

Fig.6 und 7 auch diesen bestimmten Teil der Vorrichtung nach F i g. I,

Fig.8 eine magnetische Vorrichtung mit einer anderen Domänenleitungsstruktur, und

Fig.9 eine magnetische Vorrichtung mit einer noch anderen Domänenleitungsstruktur.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Plättchens 1 aus einem magnetisierbaren Material, auf der eine T-Stab-Struktur 2 aui Permalloy vorhanden ist, die aus einer T-Stab-Struktur 2a mit Polen 4, 5, 6 und 7 und einer längs eines Teiles der Struktur 2d zu dieser parallel verlaufenden T-Stab-Struktur 2b mit Polen 4', 5', 6' und T besteht. Mit Hilfe eines Magnetfeldes H_ml, das in der Ebene des Plättchens 1 rotiert (und von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugt wird), ist eine magnetische Domäne 3 längs der Struktur 2a, und zwar längs der mit 4, 5, 6, 7, 4, 5, ... bezeichneten Pole, verschiebbar. Zu einem gewissen Zeitpunkt befindet sich auf dem Pol 7 bei 8 eine Domäne 9, wie in F i g. 2 dargestellt ist, in der auch die Richtung und die Größe des Feldes H_rn, angegeben sind. Wenn ein zusätzliches, von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld H angelegt wird, das von diesem Pol 7 zu dem in der unmittelbaren Nähe liegenden Pol 4' in der Struktur 2b gerichtet ist, breitet sich die Domäne 9 von diesem Pol 7 zu dem Pol 4' aus (siehe F i g. 3). Das Feld H wird aufrechterhalten, bis das Feld H_n,, über 90° rotiert ist, wodurch die Form der Domäne 9 sich etwas ändert (siehe Fig.4). Dann wird das Feld H ausgeschaltet und die Domäne 9 befindet sich auf diesem Pol 4' (siehe Fig. 5). Anschließend verschiebt sich die Domäne weiter unter dem Einfluß des Feldes Hr,,, längs der Pole 5', 6', 7', 4', 5',... der Struktur 2b. Wenn zu dem Zeitpunkt, zu dem sich eine Domäne auf dem Pol 7 bei 8 befindet kein zusätzliches Magnetfeld angelegt wird, das von diesem Pol 7 zu dem in der Nähe Liegenden Pol 4' in der Struktur 26 gerichtet ist. verschiebt sich die Domäne unter dem Einfluß des Feldes //„„ weiter längs der Pole 4, 5, 6, 7, 4, 5,... der Struktur la. Dies ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt, wobei Fig. 6 der Situation nach den Fig. 2 und 3 entspricht, während Fig. 7 der Situation nach den F i g. 4 und 5 entspricht. Die beiden \ öle 4 und 4', die in der Nähe des Poles 7 bei 8 liegen, bestimmen je eine bestimmte Lage, die von einer Domäne eingenommen werden kann, während unter dem F.influß des genannten Feldes in der Ebene des Plättchens sich eine Domäne von der Struktur 2;/ zu der Struktukr 2b verschiebt. In einem praktischen Beispiel besteht das Plättchen aus Y2,(,Gdf,.iPd(i,iFe)^Gai.2Oi2 und weist eine Dicke von b\im auf. Dieses Material weist ein einachsiges Anisotropicfeld von 915Oc auf, während die Sätligungsmagnctisalion 24 Gauß beträgt. Die Größe des Feldes //„ zum Aufrechlerhalten der Domänen beträgt 200Oc und des Feldes //„„ 20 Oc. Die Fortbewegung einer Domäne von der Struktur 2.7 zu der Struktur 2b erfolgt mit einem Feld von 180Oe. Bei einem anderen Beispiel besteht das Plättchen aus Y2.wGd<u2Fe4.o8Gao.<i20i2 und weist eine Dicke von 8 jtm auf. Dieses Material weist ein einachsiges Anisotropiefeld von 183Oe auf, während die Sättigungsmagnetisation 22,2 Gauß beträgt. Die Größe des Feldes W₁₁ beträgt 210Oe und des Feldes H_m, 20Oe. Die Fortbewegung einer Domäne von *!er Struktur 2a zu der Struktur 2b erfolgt mit einem Feld H von 54 Oe.

F i g. 8 zeigt einen Teil eines Plättchens 11 aus einem magnetisierbaren Material, auf dem T-Stab-Strukturrn 12, 13 und 14 aus Permalloy vorhanden sind. Die T-Stab-Struktur 12 enthält Pole 15, 16, 17 und 18; die T-Stab-Struktur 13 enthält Pole 20, 21, 22 und 23; die T-Stab-Struktur 14 enthält Pole 20', 2Γ, 22' und 23'. Weiter ist noch ein Permalloyrechteck 19 vurhanden. Mit Hilfe eines von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugten Magnetfeldes H_rul, das in der Ebene des in Plättchens 11 rotiert, ist eine magnetische Domäne 24 längs der Struktur 12, und zwar längs der mit 15, 16,17,

18, 15 ... bezeichneten Pole, verschiebbar. Dann verschiebt sich die Domäne zu dem Permalloyrechteck

19, aber eine weitere Verschiebung mit Hilfe des Feldes Γ) H_rui ist nicht möglich. Wenn ein von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld angelegt wird, das von der Struktur 13 zu dem Rechteck 19 gerichtet ist, breitet sich die Domäne zu dem Pol 20 aus. Das zusätzliche Feld wird ausgeschaltet und die

_'u Domäne verschiebt sich zu dem Pol "rO, wonach sie sich unter dem Einfluß des Feldes /V_ro, weiter längs der Struktur 13, und zwar längs der mit 21, 22, 23, 20, 21 .
bezeichneten Pole, verschiebt. Wird jedoch zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Domäne auf dem Rechteck

2i 19 befirdet, ein von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld angelegt, so breitet sich die Domäne zu dem Pol 20' aus. Das zusätzliche Feld wird ausgeschaltet und die Domäne verschiebt sich zu dem Pol 20', wonach sie sich unter dem Einfluß des Feldes

ι» H_n,i weiter längs der Struktur 14, und zwar längs der Pole 2Γ, 22', 23', 20', 21'... verschiebt. Die beiden in der Nähe des Rechtecks 19 liegenden Pole 20 und 20' bestimmen je eine feste Lage, die von einer Domäne eingenommen werden kann, während unter dem Einfluß

Γι eines in der Ebene des Plättchens 11 erzeugten Magnetfeldes sich eine Domäne von dem Rechteck 19 entweder zu dem Pol 20 oder zu dem Pol 20' verschiebt.

In Fig. 9 ist ein Teil eines Plättchens 31 aus einem

magnetisierbaren Material dargestellt, auf der Fischgrä-

ii) tenstrukturen 32, 33 und 34 aus Permalloy vorhanden sin!. Eine magnetische Domäne 35 wird sich infolge eines senkrecht zu der Ebene des Plättchens 31 variierenden Magnetfeldes längs der Struktur 32 zu dem Quadrat 36 verschieben, aber eine weitere Verschleiß bung mit Hilfe dieses Magnetfeldes ist nicht möglich. Wenn ein von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld angelegt wird, das von dem Quadrat 36 zu der Struktur 33 gerichtet ist. breitet sich die Domäne zu 37 aus. Das zusätzliche Feld wird

Vi ausgeschaltet und die Domäne verschiebt sich zu 37, wonach sie sich unlcr dem Einfluß des variierenden Magnetfeldes weiter längs der Struktur 33 verschiebt. Wenn jedoch zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Domäne auf dem Quadrat 36 befindet, ein von einer

'>■"> nicht dargestellten Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld angelegt wird, das von dem Quadrat 36 zu der Struktur 34 gerichtet ist. breitet sich die Domäne zu 37' aus. Das zusätzliche Feld wird ausgeschaltet und die Domäne verschiebt sich zu ZT, wonach sie sich unter dem Einfluß

ho des variierenden Magnetfeldes weiter längs der Struktur 34 verschiebt. Die Dreiecke 37 und 37' bestimmen je eine feste Lage, die von einer Domäne eingenommen werden kann, während unter dem Einfluß eines in der Ebene des Plättchens 31 erzeugten

b^r> Magnetfeldes eine Domäne sich von dem Quadrat 36 entweder zu dem Dreieck 37 oder zu dem Dreieck 37' verschiebt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Magnetische Vorrichtung mit mindestens einer dünnen Schicht aus einem magnetisierbaren Material, das eine Vorzugsmagnetisationsrichtung nahezu senkrecht zu der Oberfläche der Schicht aufweist, welche Vorrichtung weiter Mittel zum Aufrechterhalten und gegebenenfalls Zerstören sowie Mittel zum Bewegen magnetischer Domänen enthält, wobei die Schicht mit einer Domänenpositionierungsstruktur versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein nahezu in der Ebene der Schicht liegendes Magnetfeld konstanter Richtung anlegbar ist, wodurch an bestimmten Stellen der Schicht parallel zur Achse dieses Magnetfeldes eine Domäne von einem ersten Element der Domänenpositionierungsstruktur zu einem zweiten Element derselben bewegt wird.
2. 2. Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ^kennzeichnet, daß die Größe des einachsiger; Anisotropiefeldes Hk des magnetisierbaren Materials kleiner als 300 Oe ist.