DE2431419A1

DE2431419A1 - Zusammengesetztes material, in dem magnetische blasendomaenen erzeugbar sind, wobei harte blasendomaenen unterdrueckt werden

Info

Publication number: DE2431419A1
Application number: DE19742431419
Authority: DE
Inventors: Paul Jerome Besser; Rodney Delbert Henry
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1973-07-02
Filing date: 1974-06-29
Publication date: 1975-01-23
Also published as: CA1028055A; DE2431419B2; IT1013344B; JPS5444424B2; GB1435452A; JPS5054254A; DE2431419C3; FR2241408A1

Description

27. Juni 1974 Gze/pn

RCXiKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, 1700 East Imperial Highway, El Segundo, Kalifornien 90245, U.S.A.

Zusammengesetztes Material, in dem magnetische Blasendomänen erzeugbar sind, wobei harte Blasendomänen unterdrückt werden

Die vorliegende Erfindung betrifft Materialien, in denen magnetische Einwand- oder Blasendomänen erzeugt werden können, insbesondere betrifft die Erfindung ein vielschichtiges zusammengesetztes Material mit einer Schicht aus solchem Material, in dem magnetische Blasendomänen erzeugbar sind, wobei mit diesem Material ausgewählte magnetische Blasendomänen erzeugt werden können.

In der Fachwelt ist es gut bekannt, magnetische Materialien, wie etwa Granat und Orthoferrite mit ursprünglicher und/oder induzierter (durch Form, Beanspruchung oder Wachstum) einaxialer Anisotropie zu verwenden, um magnetische Einwandoder Blasendomänen zu erzeugen. Typischerweise werden diese Blasendomänen dadurch erzeugt, daß ein geeignetes Vorspannungsfeld senkrecht zu einer Schicht von magnetischem Blasendomänen-Material angelegt wird. Die dabei in solchem

4098S4/1113

243U19

Material induzierten üblichen Blasendomänen existieren über einen engen Bereich der Werte des Vorspannungsfeldes, typischerweise etwa über 10 Oersted, und wandern in der Richtung des Gradienten des angelegten Vorspannungsfeldes. In Granatmaterialien können jedoch Blasendomänen gebildet werden, die über Werte des Vorspannungsfeldes von bis zu 40 Oersted beständig sind. Darüber hinaus zeigen diese unüblichen Blasendomänen, die als harte Blasendomänen bezeichnet werden, geringe Beweglichkeit und wandern in einem Winkel zum Gradienten des angelegten Vorspannungsfeldes. Wegen dieser Eigenschaften kann die Anwesenheit von harten Blasendomänen Granatmaterial ungeeignet machen zur Verwendung in Blasendomänen-Schaltkreisen und Anordnungen.

Es sind verschiedene Verfahren geläufig, um die Bildung von harten Blasendomänen zu unterdrücken. In einem Artikel von A.R. Bobeck et al, in Bell System Technical Journal, 51. 1431-1435 (Juli-August 1972), wird ein Doppelschicht-Verfahren (Typ I) beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine Granatschicht mit niedrigem magnetischem Moment zwischen einem Granatmaterial, in dem Blasendomänen erzeugbar sind, und einem Substrat eingeschoben. Bei Anlegung eines geeigneten Vorspannungsfeldes zur Bildung von Blasendomänen in der Blasendomänen-Schicht wird die Unterdrückungsschicht gesättigt, wodurch die Bildung von Blasendomänen in dieser Schicht unterdrückt wird, und die gesamte Unterdrückungsschicht an die parallel zu den Blasendomänen magnetisiert wird. Als Folge der antiparallelen Ausrichtung der Magnetisierung werden zwischen der Zwischenschicht und den Blasendomänen Domänenwände gebildet. Diese zusätzlichen Domänen-

409884/1113

2A3UI9

wände, welche wegen ihrer antiparallelen Magnetisierung als 180°-Wände bezeichnet werden, unterdrücken augenscheinlich die Bildung von harten Blasendomänen, in dem sie die verfügbaren Freiheitsgrade für die Geometrie der Domänenwände begrenzen. Die Brauchbarkeit dieses Unterdrückungsverfahrens wird beschränkt durch die Neigung der Blasendomänen-Unterdrückungsschicht zur spontanen Bildung unerwünschter Blasendomänen.

In dem oben angegebenen Artikel von A.H. Bobeck et al wird auch ein anderes Doppelschicht-Unterdrückungsverfahren (Typ II) beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine Granat-schicht, in der Blasendomänen erzeugbar sind, verwendet, deren Magnetisations-Kompensationstemperatur unter der Raumtemperatur liegt. Eine darunter-1legende Granatschicht weist ein niedrigeres Moment und eine oberhalb der Raumtemperatur liegende Kompensationstemperatur auf. Beim Anlegen eines äusseren Vorspannungsfeldes zur Bildung von Blasendomänen in der Blasendomänen-Schicht und zur Sättigung des dazwischen angeordneten FiIns, werden die d-Plätze des Fe-Untergitters der darunterliegenden Schicht und die keine Blasendomänen erzeugenden Bereiche der Blasendomänen-Schicht in antiparallelen Richtungen magnetisiert. Dies erzeugt Grenzflächen-Domänenwände ausserhalb den Blasendomänen. Das heißt, es werden Domänenwände an der Grenzfläche von zwei Schichten erzeugt, zwischen jedoch nicht längs des unteren Endes der Blasendomänen. Die Autoren berichten darüber, daß durch eine solche Domänenwand harte Blasendomänen beseitigt werden. Hier ist jedoch anzumerken, daß die Verwendbarkeit dieser Anordnung auf einen engen Temperaturbereich beschränkt ist, und innerhalb'dieses Temperaturbereichs temperaturabhängig sein kann.

409884/1 1 1 3

243H19

Ein Verfahren zur Unterdrückung von harten Blasendomänen mit einer Sinzig-Schicht, bei welchem Ionen eingeimpft werden, zur Bildung einer Wand oder Grenzschicht in der oberen Oberfläche einer Mgnetostriktiven Blasendomänen-Granatschicht wird von R. Wolf und J.C. North in Bell System Technical Journal, 51, 1436-1440 (Juli-August, 1972) beschrieben. Die Ioneneinimpfung erfolgt in einem dünnen Bereich der oberen Oberfläche der Granatschicht. Die von der restlichen Schicht auf den eingeimpften Bereich ausgehenden Wirkungen führen zu einem Nettomoment der Magnetisierung parallel zu der Oberfläche. Die Magnetisierung des mit der Einimpfung versehenen Bereichs führt augenscheinlich zu einer zusätzlichen Domänenwand in den Blasendomänen, welche in dem nicht mit der Einimpfung versehenen Bereich der Schicht induziert werden, wodurch die harten Blasendomänen beseitigt werden, da die Zahl der verfügbaren Freiheitsgrade verringert wurde. Das Verfahren zur Einimpfung von Ionen ist jedoch begrenzt auf Granatmaterialien, welche negative Magnetostriktions-Konstanten von relativ großen absoluten Werten aufweisen. Darüber hinaus trennt der mit der Ioneneinimpfung versehene Bereich physikalisch die Erzeugungsstrukturen und andere Anordnungsstrukturen von der Blasendomänen-Schicht ab, und macht deshalb die daraus gebildete Blasendomänen-Anordnung weniger wirksam.

Es kann deshalb festgestellt werden, daß ein Bedarf nach einer Blasendomänen-Struktur besteht, welche wirksam die Bildung von harten Blasendomänen unterdrückt, bei üblichen Betriebstemperaturen nicht temperaturempfindlich ist, und weder die Probleme mit der Bildung von unerwünschten Blasendomänen, noch solche Beschränkungen, wie etwa die oben beschriebenen Magnetostriktions· Erfordernisse aufweist.

409884/1113

243H19

Die vorliegende Erfindung betrifft ein geschichtetes, zusammengesetztes Material, in dem magnetische Blasendomänen ausgewählt erzeugt werden können. Bei diesem erfindungsgemäßen Material ist eine Schicht aus magnetischem Material (welche im folgenden als UnterdrUckungsschicht bezeichnet wird) zwischen einem nicht magnetischen Substrat und einer Schicht aus einem Material, in dem Blasendomänen erzeugt werden können, eingefügt, welche stressinduzierte Anisotropie aufweist, so daß leicht eine Magnetisierung in Richtung einer Achse, angenähert parallel zu der Grenzflächenebene der Schichten erreicht wird. Alternativ dazu kann die Unterdrückungsschicht auf einer Seite der Blasendomänen-Schicht gegenüber dem Substrat aufgebracht (aufgewachsen) werden.

Beim Anlegen eines geeigneten Vorspannungsfeldes für die Bildung von Blasendomänen in der Blasendomänen-Schicht, und wegen der Leichtigkeit, mit der eine Magnetisierung der Unterdrückungsschicht parallel zu der Ebene der Blasendomänen-Schicht erreicht wird, bildet die eingefügte Schicht eine zusätzliche Domänenwand an der Grenzfläche der Schichten im Endabschnitt der Blasendomänen. Die zusätzliche Domänenwand behindert die Bildung, Wanderung und dergleichen von Blasendomänen mit üblichen Eigenschaften nicht, schließt jedoch die Bildung von sogenannten harten Blasendomänen aus.

Die Figuren dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne diese einzuschränken.

409834/11 13

Es zeigen:

Fig. 1 maßstabsgetreu eine Teilansicht einer Ausführungs-

form eines zusammengesetzten Materials, in dem Blasendomänen erzeugbar sind, welches nach der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;

Fig. 2 maßstabsgetreu eine Teilansicht einer alternativen Ausführungsform des zusammengesetzten Materials, in dem Blasendomänen erzeugbar sind, zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 aus Fig. 1, welcher die in diesem zusammengesetzten Material erzeugten Blasendomänen erläutert; und

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 aus Fig. 2, welcher die Erzeugung von Blasendomänen in dem zusammengesetzten Material der alternativen Ausführungsform erläutert.

Die Fig. 1 zeigt in maßstabsgetreuer Darstellung eine Teilansicht eines zusammengesetzten Materials, in dem Blasendomänen erzeugbar sind, das mit IO bezeichnet wird und nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist. Zum zusammengesetzten Blasendomänen-Material 10 gehört ein Substrat 11 aus nicht magnetischem Material. Eine magnetische, Eart-Blasendomänen-Unterdrückungsschicht 12 wird von dem Substrat 11 getragen. Von dieser Schicht 12 wird wiederum eine magnetische Schicht 13 getragen, in der Form, daß nach

409834/1 1 1 3

Anlegung eines geeigneten Vorspannungsfeldes innerhalb der Schicht 13 Blasendomänen erzeugt werden können.

Die Fig. 2 zeigt ein zusammengesetztes Blasendomänen-Material 20, welches insofern eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, als die Blasendomänen-Schicht 13 direkt auf dem Substrat 11 aufgebracht worden ist und die Unterdrückungsschicht 12 auf der Blasendomänen-Schicht aufgebracht wurde.

Im allgemeinen enthält das Substrat 11 typischerweise monokristallines Oxydmaterial, zum Beispiel ein Metalloxyd, wie etwa nicht-magnetischer Granat. Hierbei werden die nichtmagnetischen Granate als Oxyde angesehen, welche mit der folgenden allgemeinen Formel J₃Q₅O₁₂ beschrieben werden können, wobei J wenigstens ein Element aus der Gruppe der seltenen Erden (Lanthaniden) des Periodensystems bedeutet, ferner Lanthan, Yttrium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Blei, Cadmium, Lithium, Natrium und Kalium. Q bedeutet wenigstens ein Element aus der folgenden Gruppe, nämlich Gallium, Indium, Scandium, Titan, Vanadin, Chrom, Mangan, Rhodium, Zirkon, Hafnium, Molybdän, Niob, Tantal, Wolfram und Aluminium.

Die Blasendomänen-Schicht 13 enthält typischerweise eine monokristalline Schicht aus einem Material, wie etwa substituiertem Eisen-Granat. Hierbei werden die substituierten Eisen-Granate als Oxyde angesehen, welche mit der allgemeinen Formel ^J3^5⁰I2 k^eschrlek^en werden, wobei J eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe der seltenen Erden (Lanthaniden) des Perioden-

409884/1113

systems, ferner Calcium, Wismuth, Lanthan und Yttrium bedeutet, und wobei Q Eisen alleine oder Eisen und eines oder mehrere der folgenden Elemente, nämlich Aluminium, Chrom, Gallium, Indium, Mangan, Scandium, Titan und Vanadin bedeutet.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 kann die monokristalline Blasendomänen-Schicht 13 epitaktisch auf der Unterdrückungsschicht 12 (oder dem Substrat 11 gemäß Fig. 2) aufwachsen,

wozu Standard-Aufwachstechniken, wie etwa die Flüssigphasen Epitaxy (LPE), das chemische Abscheiden aus Dampf oder Gas (CVD), das physikalische Abscheiden aus Gas oder Dampf (PVD) und ähnliche Verfahren gehören. Die Bildung von zusammengesetzten Materialien aus monokristallinen Eisen-Granat-Blasendomänen-Schichten auf einem monokristallinen Metalloxydsubstrat ist in dem US-Patent 3 645 788 und einer dazu parallelen US-Patentanmeldung (Ser.No. 16 447) beschrieben; entsprechende technische Lehren sind auch Bestandteil der vorliegenden Anmeldung. Wie es in der Fachwelt bekannt ist, erfordert die Erzeugung von Blasendomänen in Schichten aus magnetischem Granatmaterial, dal die Schicht in der Weise aufgebracht (aufgewachsen) wird, daß die induzierte magnetische Anisotropie in der Schicht mit ausreichender Leichtigkeit zu einer Magnetisierung in Richtung einer Achse führt, welche auf der Schichtebene angenähert senkrecht steht. Dementsprechend wird die induzierte magnetische Anisotropie, das ist eine induzierte leichte Achse der Magnetisierung,dort angewandt, wo die Blasendomänen-Schicht 13 aus Granat besteht. Bevorzugt fällt diese induzierte leichte Achse mit einer der kristallografischen (ursprünglichen) leichten Achsen zusammen.

409884/1113

Die Hart-Blasendomänen-Unterdrückungsschicht 12 wird typischerweise aus einem hoch magnetisieren substituierten Eisen-Granat gebildet. Die Schicht 12 kann dabei auf dem Substrat 11 (oder der Blasendomänen-Schicht 13 gemäß Fig. 2) aufwachsen,

wozu irgendeines der verschiedenen Standardverfahren, einschließlich LPE, CVD und PVD angewandt werden kann. Die Unterdrückungsschicht 12 aus Granat wird in der Form gebildet, daß die durch form-, wachstum- , oder stressinduzierte magnetische Anisotropie zu einer leichten Achse der Magnetisierung in der Ebene der Schicht führt.

Die Verfahren, mit denen aufgrund der Form, des Wachstums oder des Stresses magnetische Anisotropie in Materialien, wie etwa Granat induziert werden, sind in der Fachwelt bekannt. Kurz gesprochen resultiert die forminduzierte magnetische Anisotropie aus Demagnetisierungseffekten von Oberflächenpolen für eine dünne Film-Geometrie. Dieser Beitrag zur An-

/gebildete isotropie begünstigt stets eine in der Ebene Magnetisierung

in einer dünnen Filmprobe.

Die durch das Aufbringen (Aufwachsen) induzierte magnetische Anisotropie beruht hauptsächlich auf der bevorzugten Besetzung gewisser Kristallgitterplätze durch die Atome aus der Reihe J ( in der Mischung nach der Formel J„Q₅O12 ).

Schließlich wurde die stress-induzierte magnetische Anisotropie bei Granatmaterialien durch ein Verfahren zur Falschanpassung einer Gitterkonstante erreicht, wozu entweder eine besondere Zusammensetzung des Materials oder die Einimpfung von Ionen angewandt wurde. Erläuterungen hierzu finden sich beispiels-

- 10 -

40988 4/1113

weise in einem Beitrag von P. J. Besser et al mit dem Titel

A Stress Model for Heteroepitaxial Magnetic Oxide Films Grown by Chemical Vapor Deposition. Material Research Bulletin, i>, 1111-1124 (1971). Die Anwendung der Falschanpassung einer Gitterkonstante ist in der US-Patentschrift 3 728 152 und in den US-Patentanmeldungen Ser. No. 101 785 und 101 787 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung benützt die Fehlanpassung der Gitterkonstante zwischen den Materialien der Unterdrückungsschicht 12 und des Substrats 11 oder der Blasendomänen-Schicht 13, um die Unterdrückungsschicht derart zu beanspruchen, daß

/resultierende dadurch in der Schicht eine Gesamt-Magnetisierung parallel zur Schichtebene induziert wird. Diese induzierte Anisotropie ist unabhängig von den magnetischen Eigenschaften der Blasendomänen-Schicht 13.

Das Verfahren zur Erzeugung der stress- bzw. beanspruchungsinduzierten Anisotropie ist relativ einfach und kann leicht gesteuert werden. In der Tat ist, da die stressinduzierte Anisotropie, welche für die Unterdrückungsschicht 12 verwendet wird, auf der Falschanpassung der Gitterkonstante zwischen der Unterdrückungsschicht 11 und dem Substrat 12 oder der Blasendomänen-Schicht 13 beruht, wenn vergleichbar Materialien ausgewählt worden sind, der induzierte Stress eine natürliche Folge des Aufbringens der Schicht.

Für die magnetischen Eisen-Granate besitzt die Magnetisierung die Symmetrie der kubischen Kristallstruktur des Granats in solchen verschiedenen äquivalenten kristallografischen Richtungen, daß ütwa die <Ϊ00> oder CLIl^ Richtungen die

-Ll-

A O 9 8 ü '♦ /IM J

leichten Achsen der Magnetisierung darstellen können. Daraus folgt, zur Erzeugung der erforderlichen Anisotropie für die Erzeugung von Blasendomänen wird eine Schicht des Granats mit der Ebene senkrecht zu der gewünschten Richtung aufgebracht, d.h. mit der Ebene der Schicht, welche eine {lOO} oder (Hl] Ebene darstellt. In Abhängigkeit davon, ob die mit der kristallografischen Richtung verbundene Magnetostriktions-Konstante, λ-__ oder ^₁₁₁ positiv oder negativ ist, wird das Blasendomänen-Material auf einem Material (etwa auf dem Substrat 11 oder der Unterdrückungsschicht 12) von ausreichend unterschiedlichen Gitterkonstanten aufgebracht, so daß die Schicht entsprechendem Druck oder Zug ausgesetzt ist, entlang der Ebene der Schicht. Die resultierende Beanspruchung führt zu einer einheitlichen leichten Achse der Magnetisierung im wesentlichen parallel zu der (1OO> oder ^111> Richtung und angenähert senkrecht zu der Ebene der Schicht. (Die aufbringungs-induzierte Anisotropie führt auch zu einer einheitlichen leichten Achse in den Granatmaterialien.) Das Anlegen eines geeigneten Vorspannungsfeldes senkrecht zu der Ebene der Schicht kann dann dazu verwendet werden, um Blasendomänen zu erzeugen. Die Richtung eines solchen Vorspannungsfeldes, H, ist in den Figuren 1 und 2 beliebig durch einen Pfeil dargestellt.

Gerade das Gegenteil des vorstehend erläuterten Verfahrens wird bei der vorliegenden Erfindung für die Hart-Blasendomänen-Unterdrückungsschicht 12 verwendet, wenn diese Schicht aus Granatmaterial besteht. Es wird magnetisches Granatmaterial mit positiver oder negativer Magnetostriktions-Konstante ausgewählt, so daß die Falschanpassung der Gitterkonstante zwischen

- 12 409884/1113

der Unterdrückungsschicht 12 und der Blasendomänen-Schicht oder dem Substrat 11 zu einer entsprechenden Zug- oder Druckbeanspruchung der Unterdrückungsschicht führt. Die resultierende Beanspruchung führt zu einer leichten Achse der Magnetisierung eher in der Ebene der Unterdrückungsschicht als senkrecht zu dieser Schicht, wie das für die Blasendomänen-Schicht 13 erläutert worden ist.

Wird in den Figuren 1 und 2 angenommen, daß die leichten Achsen der Magnetisierung in der Unterdrückungsschicht 12 und der Blasendomänen-Schicht 13 angenähert senkrecht aufeinander stehen, so erzeugt das Anlegen des Vorspannungsfeldes H zylindrische Einzigwand- oder Blasendomänen 14 in der Blasendomänen-Schicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit und Klarheit ist lediglich eine Blasendomäne 14 dargestellt. Die induzierte Anisotropie hält die Magnetisierung in der Ebene der Unterdrückungsschicht 12 weitgehend parallel zu der Grenzfläche zwischen der Blasendomänen-Schicht 13 und der Unterdrückungsschicht und senkrecht zu der Höhe der Blasendomänen 14, wie das in den Figuren 3 und mit Pfeilen dargestellt ist. Die senkrechte oder Neunzig-Grad-Magnetisierung der Unterdrückungsschicht 13 relativ zu den Blasendomänen 14 bildet eine zusätzliche Domänenwand 15 an der Grenzfläche der Unterdrückungsschicht 12 und den Einzigwand-Domänen 14-14, wie das in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist.

Obwohl der Mechanismus, nach dem die zusätzliche Domänenwand 15 die Bildung von harten Blasendomänen unterdrückt, bislang nicht vollständig verstanden wird, wird angenommen, daß die verfügbaren Freiheitsgrade für die Blasendomänen 14 auf eine solche Anzahl verringert worden ist, welche die Exzistenz von

- 13 -

409884/ 1113

243H..19

harten Blasendomänen ausschließt, obwohl diese verringerte Zahl der Freiheitsgrade die Exzistenz solcher Blasendomänen zulässt, welche nahezu die üblichen Eigenschaften aufweisen.

Beispiele

In der folgenden Tabelle I sind die verwendeten Parameter und die erhaltenen Ergebnisse aufgeführt, welche an verschiedenen Zusammensetzungen für die zusammengesetzten Materialien nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurden. Die Unterdrückungsund Blasendomänen-Schichten wurden nach dem LPE-Verfahren aufwachsen, wie es von Levinstein et al in Applied Physics Letters, 19. 486-488 (Dezember 1971), beschrieben worden ist. Dieser Bericht, welcher hiermit zum Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht wird, lehrt eine Temperatur von 92O°C zum Aufbringen unter Verwendung des LPE-Eintauchverfahrens und . eine PbO-B₂O₃-Schmelze. Die Filme wurden auf horizontal ausgerichteten Substraten niedergeschlagen, welche mit Geschwindigkeiten von 30 bis 100 Umdrehungen/Minute gedreht wurden, wie das von Geiss et al in Journal of Crystal Growth, 1£, 36,(1972), beschrieben ist.

Die Materialzusammensetzung für das verwendete Substrat bestand durchgehend aus Gd₃Ga₅O₁₂ (Gadolinium - Gallium-Granat oder "GGG"). Für die Unterdrückungsschicht war (YGd)₃Fe₅O₁₂ (ein gemischter Yttrium-Gadolinium-Eisengranat oder "YGdIG") ausgewählt worden. Insbesondere führte die Zusammensetzung Y« ₄₆Gd₀ 54^e₅O₁₂ ^zu dem gewünschten Effekt, daß die Unterdrückungsschicht mit negativer Magnetostriktions-Konstante unter Druck-beanspruchung zu dem Substrat und der Blasendomänen-Schicht angeordnet war.

409884/1113 - 14 -

Tabelle Materialien und Bedingungen

Blasendomänen-Schicht äußere Schicht (Fig. 1) innere Schicht (Fig. 2)

Unterdrückungsschicht «* Dicke, Mikron

_w Magnetostriktions-Q₀ konstante

*? angewandte Beanspruchung _, Substrat

-»Aufbringverfahren ^W Schmelze (LPE)
Temperatur ⁰C

Zum Zusammenbruch erforderlicher Feldbereich,Δ Η (Orsted), W/Unterdrückungssch.

Zum Zusammenbruch erforderlicher Feldbereich (Orsted) W/O Unterdrückungsschicht

Abweichung beim Betrieb der Übertragungsstrecke

A	B	C	D
(YGdTm)₃(FeGa)₅O₁₂ X	(YGdTm)₃(FeGa)₅O₁₂	(EuEr)₃(FeGa)₅O₁₂	(YEu)₃(FeGa)₅O₁₂
	X	X	X
(YGd)₃Fe₅O₁₂ 0,2	(YGd)₃Fe₅O₁₂ 0,2	(YGd)₃Fe₅O₁₂ 0,2	(YGd)₃Fe₅O₁₂ 0,2
negativ	negativ	negativ	negativ
Druck	Druck	Druck	Druck
^Gd3^Ga5°12	^Gd3^Ga5°12	Gd₃Ga₅O₁₂	^Gd3^Ga5°12
LPE	LPE	LPE	LPE ^?
PbO-B₂O₃	PbO-B₂O₃	PbO-B₂O₃	PbO-B₂O₃
920	920	920	920
2 :h.	2	2	2
25	25	25	25 ro
15 Oe 125 kHz	-	-	co

243H19

Das in Tabelle I aufgeführte zusammengesetzte Material A wurde dadurch erhalten, daß eine 0,2 Mikron dicke YGdIG-Unterdrückungsschicht auf einem Substrat aufgebracht wurde und darauf eine (YGdTm)₃(FeGa)₅O₁₂-Blasendomänen-Schicht aufgebracht wurde (siehe auch Fig. 1). Die zusammengesetzten Materialien B, C und D wurden dadurch erhalten, daß entsprechende (YGdTm)₃ (FeGa)₅O₁₂-, (EuEr)₃(FeGa)₅O₁₂- und (YEu)3(FeGa)₅O₁₂-Blasendomänen-Schichten auf dem Substrat aufgewachsen worden sind und darauf eine 0,2 Mikron dicke YGdIG-Unterdrückungsschicht aufwuchs (siehe Fig. 2).

Es wurden verschiedene Untersuchungsverfahren angewandt, um die Anwesenheit oder Abwesenheit von harten Blasendomänen zu bestimmen. Zuerst wurde der Bereich an Werten für das Vorspannungsfeld bestimmt, der zum Zusammenbruch der Blasendomänen (ZH, Oersted) für die zusammengesetzten Materialien mit Unterdrückungsschicht erforderlich war, und diese Werte von ΔΗ verglichen mit zusammengesetzten Materialien aus gleichem Blasendomänen-Material und Substratmaterial, jedoch ohne Unterdrückungsschicht. Wie aus Tabelle I zu entnehmen, betragen die für den Zusammenbruch erforderlichen Feldbereichswerte für die zusammengesetzten Materialien mit Unterdrückungsschicht jeweils 2 Oersted oder weniger und liegen damit gut innerhalb des anerkannten Bereichs für übliche Blasendomänen. Im Gegensatz liegen die Δ H-Bereichswerte für jedes zusammengesetzte Material ohne Unterdrückungsschicht über 25 Oersted, also in einem Bereich, der für die Anwesenheit von harten Blasendomänen typisch ist.

Als zweite Untersuchungsmethode wurden Feldgradienten in der Ebene der unterdrückten Blasendomänen-Schichten angelegt.

- 16 -

4 0 9 8 8 4/1113

243 U19

Die Blasendomänen wanderten in den Schichten parallel zu der Richtung des Gradienten, was für übliche Blasendomänen erwartet wird, und nicht in einem Winkel zu dem Gradienten, wie das für harte Blasendomänen erwartet wird.

A]s dritte Untersuchungsmethode wurde die Beweglichkeit der Blasendomänen in dem mit Unterdrückungsschicht versehenen, zusammengesetzten Material A (mit der eingefügten Unterdrückungsschicht 12) dadurch bestimmt, daß das zusammengesetzte Material in eine (nicht abgebildete) dreipolige Winkel-Ubertragungsstrecke gebracht wurde. Die beim Betrieb der Vorrichtung auftretenden Abweichungen betrugen ungefähr 15 Oersted für einen kontinuierlichen Betrieb bei 125 kHz. Dies ist ungefähr die gleiche Abweichung, die an Filmen mit eingeimpften Ionen gemessen wurde. Ohne Unterdrückung kann bei 125 kHz zuverlässiger kontinuierlicher Betrieb erhalten werden.

Die Messungen der Beweglichkeit und des Koerzitivfeldes wurden sowohl an zusammengesetzten Materialien mit Unterdrückungsschicht wie an solchen Materialien ohne Unterdrückungsschicht durchgeführt. Die in Tabelle I nicht aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß innerhalb der Genauigkeit der Meßergebnisse (± 10?. für die Fortbewegungsgeschwindigkeit der Blasendomänen, + 20% für das Treiberfeld) keine nachteiligen Effekte festgestellt wurden, welche auf einer Unterdrückung beruhen.

Hierbei ist zu beachten, daß die in Tabelle I, Reihen C und D aufgeführten Blasendomänen-Materialien, das ist (EuEr)o )₅O₁₂ und (YKu)₃(GaFe)₅O₁₂ für Unterdrückungsverfahren,

- 17 -

40988A/1113

2Λ--

wie etwa das Einimpfen von Ionen, ungeeignet erscheinen. Im Falle des EuEr-Granats verdeckt die durch das Aufbringen induzierte Anisotropie die beanspruchungs-induzierte Anisotropie während der Ionen-Einimpfung, so daß große Ionen-Dosen erforderlich sind. Der YEu-Granat ist ungeeignet für die Ionen-Einimpfung, da er eine kleine Magnetostriktions-Konstante aufweist, die entweder positiv oder negativ sein kann. Im Gegensatz dazu, was durch Tabelle I belegt wird, sind diese beiden Materialien gut geeignet zur Verwendung in zusammengesetzten Materialien mit Unterdrückungsschichten, gemäß der vorliegenden Erfindung.

Es hat sich in einigen Fällen gezeigt, daß die Dicke der Unterdrückungsschicht 12 von Bedeutung ist. Wenn z.B. die YGdIG-Unterdrückungsschicht bis zu einer Dicke von 0,5yum oder mehr aufgebracht wird, dann ist die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung ausgeschaltet,vermutlich als Folge von starken Domänen-Wechselwirkungen, welche beobachtet wurden.

Vorstehend wurde ein beschichtetes, zusammengesetztes Material, in dem magnetische Blasendomänen erzeugbar sind, wobei die Bildung von harten Blasendomänen unterdrückt ist, beschrieben. Es wurden beispielhafte Zusammensetzungen, Anordnungen und dergleichen angegeben, alternative Parameter und Materialien wurden ebenfalls genannt.

- 18 -

409884/1113 ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche

l.y Geschichtetes, zusammengesetztes Material, in dem magnetische Blasendomänen erzeugbar sind, wobei harte Blasendomänen unterdrückt werden, enthaltend:

eine Schicht aus Material, in der Blasendomänen erzeugbar sind (Blasendomänenmaterial);

eine Schicht aus magnetischem Material, angrenzend an die magnetische Blasendomänen-Schicht, entlang deren Ebene, mit einer ausreichenden Anisotropie zur Hervorbringung eines Gesamtmoments an Magnetisierung, im wesentlichen parallel zur Ebene der magnetischen Blasendomänen-Schicht; und

ein Substrat, welches die benachbarten Schichten trägt,
2. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Schicht aus Granat besteht.
3. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasendomänen-Schicht aus Granat besteht.
4. Geschichtetes, zusammengesetztes Material, in dem magnetische Blasendomänen erzeugbar sind, wobei die Bildung von Blasendomänen selektiv unterdrückbar ist, enthaltend:

- 19 -

409884/ 1113

243U19

ein nicht-magnetisches Substrat aus monokristallinem Granat;

eine erste Schicht aus monokristallinem, magnetischem Granat, welche auf dem Substrat aufliegt, und ausreichend mechanisch beansprucht wird, damit ein inneres Gesamtmoment dor Magnetisierung hervorgeruien wird, winches im wesent-Jichen parallel zu der Schichtebene nusgericMet ist; und

eine zweite Schicht aus monokristallinem, magnetischem Granat, welche auf dem Substrat aufliegt und eine ausreichend einaxiale Anisotropie zur Bildung von Blasendomänen in der Schicht aufweist.
5. Goschichtetes, zusammengesetzte? Material nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Granatschicht zwischen dem Substrat und der zwejten Granatschi ent angeordnet ist.
C. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Granatschicht zwischen dem Substrat und der ersten Granatschicht, eingefügt ist.
7. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der ersten und zweiten Granatschicht der allgemeinen Formel τ Q O₁, entspricht, wobei J eines oder mehrere der folgend» η T-lemento, nämlich Calcium, Wiirmuth, Lanthan, Vttrium und die seltenen ^;>den, und Q Disen al leine odor und eines odei mehrere der iolfjenden Elemente,

- 2O -

243H19

nämlich Aluminium, Chrom, Gallium, Indium, Mangan, Scandium, Titan und Vanadin bedeuten.
8. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Granatsubstrats der allgemeinen Formel JoQc⁰Io ^en^~ spricht, wobei J wenigstens eines der folgenden Elemente, nämlich die seltenen Erden, Lanthan, Yttrium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Blei, Cadmium, Lithium, Natrium und Kalium bedeutet, und Q eines oder mehrere

der folgenden Elemente, nämlich Gallium, Indium,

Scandium, Titan, Vanadin, Chrom, Mangan, Rhodium,

Zirkon, Hafnium, Molybdän, Niob, Tantal, Wolfram und Aluminium bedeutet.
9. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste magnetische Granatschicht die Zusammensetzung (YGd)₃Fe₁-O-„ und eine Dicke unter ungefähr O,2/um aufweist.
10. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die (YGd)₀FeC-O₁ „-Schicht eine Dicke von angenähert O,2/um aufweist.
11. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite magnetische Granatschicht eine negative Magnetostriktions-Konstante aufweist,
12. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite magnetische Granatschicht eine positive Magnetostriktions-Konstante aufweist,

- 21 -

409884/1113

243H19
13. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Granatschicht die Zusammensetzung (YGdTm)₃(FeGa)₅O-₂ aufweist.
14. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Granatschicht die Zusammensetzung (EuEr)ο(FeGa)₅O₁₂ aufweist.
15. Geschichtetes, zusammengesetztes Material nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Granatschicht die Zusammensetzung (YEu)₃(FeGa)₅O₁₂ aufweist.
16. Geschichtetes-, zusammengesetztes Material nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Granatschicht die Zusammensetzung (YEu)₃(FeGa)₅O₁₂ aufweist.

409884/1113

Leerseite