DE2441280A1 - Massenspeicher fuer durch magnetische zylindrische einzelwanddomaenen dargestellte information - Google Patents

Description

2Λ41280

Böblingen, den 26. Augus/c bu-so

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y.'10504

Amtliches Aktenzeichen Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 972 063

Massenspeicher für durch magnetische zylindrische Einzelwanddomänen dargestellte Information .-. .

Die Erfindung betrifft einen Massenspeicher für durch magnetische · zylindrische Einzelwanddomänen dargestellte Information, welcher Speicher aus einer unter Einfluss eines magnetischen Stützfeldes zur Stabilisierung der magnetischen zylindrischen Domänen stehenden, monokristallinen oder amorphen und ferro- oder ferrimagnetischen Dünnschicht, genannt Speicherschicht, mit den zugehörigen Schreib- und Lesevorrichtungen besteht.

Es sind verschiedene Einrichtungen beschrieben, die Elemente verwenden, welche die Möglichkeit gegenseitiger Beeinflussung haben. So haben z.B. zylindrische magnetische Einzelwanddomänen Streufelder, die Wechselwirkungskräfte zwischen solchen Domänen hervorrufen, die dicht genug einander benachbart sind, so dass die magnetischen Streufelder miteinander koppeln. Die US-Patente 3.689.902 und 3. 701.125 beschreiben ζ.Β. magnetische zylindrische Einzelwanddomänensysteme, in denen die Funktionen der Speicherung, der Decodierung, des Schreibens und Lesens dargestellt sind. Diese herkömmlichen Systeme wurden jedoch im allgemeinen so ausgelegt,

YO 9-72-063 - 1 -

509815/1 116

•si·

dass die Wechselwirkungen zwischen den magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen möglichst klein werden. Denn weil Wechselwirkungen u.U. zu einer nachteiligen Ablenkung der Einzelwanddomänen führen können, wurden bisher solche Konstruktionen immer für vorteilhafter gehalten. Auch benutzten diese herkömmlichen Systeme Leiteinrichtungen, um die mögliche Bahn aller wandernden Einzelwanddomänen im System im voraus zu bestimmen. Im allgemeinen wird in diesen herkömmlichen Systemen die Iniormationsspeicherung durch das Vorhandensein oder das Fehlen von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen bewirkt.

Jüngere Arbeiten im Gebiet der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen benützen andere Darstellungen der Information, die nicht mehr durch das Vorhandensein oder Fehlen von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen definiert ist. Ein Anmeldungsvorschlag (US-Patentanmeldung, Seriennummer 319.130 vom 29. Dezember 19 72) beschreibt beispielsweise ein mit magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen arbeitendes Gerät, in dem Domänen unterschiedlicher Grosse die verschiedenen Informationswerte darstellen. Auf diese Weise können alle Bitpositionen des Systems gefüllt werden und die Grosse der Domäne an jeder Position bestimmt den Informationswert dieser Position. Auch sind dort soche Funktionen, wie Schreiben, Speichern und Lesen von Informationswerten beschrieben.

YO 9-72-063 - 2 -

B09815/1 116

Ein anderes/ magnetische zylindrische Einzelwanddorriänen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften ausnutzendes Gerät ist in der US-Patentanmeldung, Seriennummer 375,285 vom 29. Juni 1973, vorgeschlagen. In dieser Patentanmeldung wird die unterschiedliche Anordnung vertikaler Blochlinien zur Magnetisierung der Domänenwand ausgenutzt/ um magnetische zylindrische Einzelwanddomänen nach ihren Eigenschaften zu codieren, welche sie in einem auf das Zusammenbrechen der'Domänen hin'gerichteten Magnetfeld zeigen. Es wurde festgestellt, dassdasjenige Feld, bei dem eine Einzelwanddomäne zusammenbricht, eine Funktion der Anzahl vertikaler Blochlinien in der Domänenwand ist. Verschiedene logische Zustände können daher durch Domänen dargestellt werden, die unterschiedliche Anzahlen von vertikalen Blochlinien in ihrer Domänenwand haben. Damit sind nicht nur binäre, sondern auch höherwertige digitale Codierungen möglich.

Noch ein anderes, mit magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften arbeitendes Gerät ist in der US-Patentanmeldung, Seriennummer 375.289 vom 29 ₄ Juni 1973, vorgeschlagen. Dort werden die Domänen nach ihren Bewegungseigenschaften in einem senk-. recht zur Ebene des Mediums, in dem sie existieren, wirkenden Magnetfeld codiert. Abhängig vom Winkel, um den diese Domänen seitlich abgelenkt werden, können verschiedene digitale Werte zugeordnet werden.

YO'9-72-063 - 3 -

509815/1116

Eine weitere Codiertechnik für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen ist im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 13, Nr. 10, März 1971 auf Seite 3021 beschrieben. Dort erläutert G.R. Henry die Codierung entsprechend dem jeweiligen Schraubensinn der Wandmagnetisierung magnetischer zy- '

lindrischer Einzelwanddomänen. Zum Auslesen des jeweiligen Schrauben-Sinnes dient eine Referenzdomäne, in die eine unbekannte Domäne gezwungen

·. wird, was zu einer Kollision führt, die den Schraubensinn der unbekannten

Domäne erkennen lässt.

Bisher wurde bei den bekannten Einrichtungen mit magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen, insbesondere zur Informationsspeicherung, wenig Wert auf Systeme mit der höchst erreichbaren Packungsdichte gelegt, welche trotzdem stabil sind und möglichst wenig Zusatzeinrichtungen erfordern. So wurde bisher versucht, hohe Dichten beispielsweise durch Verwendung immer kleinerer magnetischer Zylinderdomänen und durch die Reduzierung der Leitungsbreite von zum Bewegen dieser Domänen benutzten Leitstrukturen zu erreichen. " (Z.B. Herstellung kleinerer T- und I- Permalloystreifenleitungen mittels Elektronenstrahlen). Es wurde jedoch bisher nicht versucht, von festgelegten

¹I

Verfahren abzugehen, und neue Lösungen zu finden, die zu wirklich durchgreifenden Verbesserungen der Systemleistung und der Packungsdichte führen können.

YO 9-72-063 - 4 -

509815/1116

Mit vorliegender Erfindung wird nun ein völlig neuartiger Weg zur Bereitstellung eines Massenspeichers der eingangs beschriebenen Art beschriften, welcher einen hohen Grad an Stabilität sowie eine wesentlich verbesserte Packungsdichte bei einem Minimum an strukturellen Forderungen aufweist.

Gemäss der Erfindung ist dieser Massenspeicher dadurch gekennzeichnet, dass zur Informationsdarstellung magnetische zylindrische Domänen unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften dienen, dass magnetische zylindrische Domänen in vorgegebenen Speicherschichtbereichen unter vorgegebener Magnetfeldgradientenwirkung als äusserer Kraft derart eingeschlossen sind, dass die durch die gegenseitige Abstossung der magnetischen zylindrischen Domänen bedingte innere Kraft mit der äusseren Kraft im Gleichgewicht ist, indem sich so ein auf allen Gitterplätzen mit magnetischen zylindrischen Domänen besetztes, hexagonales Domänengitter ausbildet, und dass mit Hilfe der Schreib- und Lesevorrichtungen an den Randzonen der genannten Speicherschichtbereiche zur Speicherein- und -ausgabe von magnetischen zylindrischen Domänen in Richtung einer der im Domänengitter um 60 ° zueinander versetzt liegenden Domänenreihen der Magnetfeldgradient entsprechend änderbar ist.

YO 9-72-063 - 5 -

5 0 9 815/1116

In der vorliegenden Erfindung wird also ein Netzwerk nach Art eines Kristallgitters aus in Wechselwirkung stehenden Domänen benutzt, wobei die relative Lage dieser Einzelwanddomänen zueinander grossen Teils durch die zwischen diesen Domänen existierenden magnetischen Kräfte und nicht durch die Lage von Leitstrukturen bestimmt werden, die zum Bewegen und Führen dieser in Wechselwirkung stehenden Domänen verwendet werden.

Das führt zu einer extrem hohen Dichte, die sich leicht verändern lässt, und zu strukturlosen Anordnungen von Domänen mit grosser interner Stabilität. Diese in Wechselwirkung stehenden Elemente können irgendwelche Elemente sein, die Positionen einnehmen können, die durch zwischen den Elementen existierende Kräfte bestimmt sind. Insbesondere zylindrische magnetische Einzelwanddomänen sind Beispiele für solche Elemente. Um diese Elemente in ein Netzwerk der erwähnten Art hinein und aus ihm heraus, sowie auch innerhalb dieses Netzwerkes zu manipulieren, werden verschiedene Einrichtungen benutzt. Bei Bedarf kann Information in den Elementen innerhalb der Anordnung codiert werden, so dass sich ein strukturfreier Speicher mit extrem hoher Dichte und interner Stabilität über einem grossen Bereich von

YO 9-72-063 - 6 -

509815/1 1 16

2A41280

Betriebsbedingungen ergibt.

Die Möglichkeit der Existenz von Anordnungen von in Wechselwirkung stehenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen wurde bereits gezeigt. Die folgenden technischen Veröffentlichungen beschreiben beispielsweise einige physikalische Eigenschaften von Einzelwanddomänen-Netzwerkanordnungen.

1. S.H. Charp et al, "Behavior of Circular Domains in GdIG", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. Mag-5, Nr. 3, September 1969, Seite 566.

2. J.A. Cape et al, "Magnetic Bubble Domain Interactions", Solid State Communications, Vol. 8, Seiten 1303-1306, 1970.

3. W.F. Druyvesteyn et al, "Calculations on Some Periodic Magnetic Domain Structures: Consequences for B-ubble Devices*¹, Philips Research Reports, Vol. 26, Nr. 1, Seiten 11-28, Februar 1971.

4. J.W. F. Dorleijn et al, "Repulsive Interactions Between Magnetic Bubbles: Consequences for Bubble Devices", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. Mag-7, Nr. 3, Seite 355, September 1971.

5. F.A. De Jonge et al, "Bubble Lattices", American Institute of Physics, Proceedings of 17th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials, Chicago, Illinois, 1971, Section 4, Seite 130.

YO 9-72-063 - 7 -

509 81571 116

Obwohl die verschiedenen Theorien und physikalischen Eigenschaften von
magnetische zylindrische Einzelwanddomänen enthaltenden Netzebenen
und Gittern untersucht wurden, hat bisher niemand an die Anwendung von
solchen Anordnungen in praktischen Systemen gedacht. Diese publizierten
Artikel enthalten keinen Vorschlag oder eine Anweisung, die auf ein praktisch ' nutzbares System gerichtet ist, welches die zahlreichen Merkmale enthält, welche in Netzwerkanordnungen von miteinander in Wechselwirkung stehenden Elementen vorhanden sein können. Obwohl die Existenz von Gitterstrukturen und Netzwerken verschiedener solcher Elemente bekannt war, blieb erst den Erfindern die Erkenntnis vorbehalten, dass viele derartige Merkmale für die Anwendung von Domänengittern zu einem Massenspeicher möglich sind, die gegenüber den herkömmlichen zahlreiche Vorteile haben. Anstatt von bekannten Massnahmen bei der Speicherung mittels magnetisierter zylindrischer Einzelwanddomänen auszugehen, wird mit der Erfindung ein völlig neuer Weg eingeschlagen, der zu Lösungen führt, die den bisherigen weit übei\Jegen sind.

Das Wesen der Erfindung besteht demnach in einer Einrichtung zum
Speichern von Information, die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen zugeordnet ist, welche mit extrem hoher Dichte in
Netzanordnungen nach Art eines Kristallgitters unter Ausnutzung der
hierzwischen vorhandenen Wechselwirkung gehandhabt werden.
Es werden dabei Verfahren

YO 972-063 - 8 -

509815/1116

benutzt, um die Domänen in möglichst dichter Packung in einem vorbestimmten Speicherschichtbereich zu halten und gemeinsam zu bewegen.

Wechselwirkende Kräfte können unter diesen Domänen wirksam werden, wenn sie dicht genug gepackt sind. Abgesehen von der nächsten Umgebung der Begrenzung der genannten Speicherschrichtbereiche werden die Positionen der Domänen innerhalb der Speicherbereiche im wesentlichen durch die magnetischen Wechselwirkungen zwischen den Domänen bestimmt. Eingabe/Ausgabeeinrichtungen sind zur Bewegung der Domänen in die Anordnung hinein und zu ihrer Entfernung aus derselben heraus vorgesehen. Die Domänen bilden innerhalb der Anordnung ein Gitternetz, welches den Vorteil der sehr dichten Packung aufweist. Abhängig von den Parametern des Systems kann das Domänengitter verschiedene Formen, wie hexagonal oder quadratisch annehmen.

Die Domänen werden in eine die aus sere Begrenzung definierende Einrichtung gebrachl, welche das Domänengitter innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zusammenhält. Die Positionen der Domänen innerhalb dieses Bereiches werden praktisch nur durch die Wechselwirkungskräfte zwischen den Domänen und nicht durch die äussere Struktur bestimmt. Abhängig von den Wechselwirkung skräften zwischen den Domänen können diese sich in einer sehr

YO 9-72-063 - 9 -

509815/1116

vfO-

stabilen Netzwerkkonfiguration anordnen.

Um die Kräfte zum Halten oder Zurückhalten von Domänen zu bekommen, die an den äusseren Begrenzungen des Domänengitterbereiches liegen, ist eine Ab sperreinrichtung vorgesehen. Diese Absperreinrichtung simuliert die Kräfte , die auf die Domänen am äusseren Rande des Domänengitters wirken würden,

— ·

wenn dort weitere wechselwirkende Domänen vorhanden wären. Somit kann ein Domänengitter beliebiger Grosse und mit beliebiger Anzahl von wechselwirkenden Domänen vorgesehen werden, welches mathematisch als unendlich grosses Domänengitter betrachtet werden kann. Dieses Gitternetz kann sich in irgend einer von vielen Richtungen ausdehnen und z.B. ein eindimensionales oder zweidimensionales Gitter bilden.

ι m

Zur Bewegung von wechselwirkenden Domänen in den Speicherschichtbereich hinein sind Eingabeeinrichtungen und zur Herausnahme von Domänen aus dem Bereich heraus sind Ausgabeeinrichtungen vorgesehen. Diese Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen liefern Kräfte zur Ueberwindung der einschliessenden Kräfte, die zur Aufrechterhaltung des Domänengitters benötigt werden. In bestimmten Einrichtungen ist das Gitternetz elastisch genug, damit durch die Eingabe von wechselwirkenden Domänen andere Domänen im Gitternetz sich aus diesem am anderen Ende des Speicherbereiches hinausbewegen, auf-

YO 9-72-063 - 10 -

50981 5/1116

grund einer wellenartigen Ausbreitung von Wechselwirkungskräften zwischen den Domänen im Gitter. Im allgemeinen kann man mit den Eingabe- und den Ausgabeeinrichtungen einzelne oder auch mehrere wechselwirkende Domänen in das Gitter eingeben oder sie herausnehmen. Die Gitteranordnung wird vorzugsweise beibehalten, obwohl man das Gitter während der Eingabe- und Ausgabeoperationen auch geringfügig verändern kann.

Zur Erzeugung von wechselwirkenden Domänen, die in das Gitter eingegeben werden sollen, ist eine Schreibeinrichtung vorgesehen. In einer Betriebsart wird Information jedem solchen wechselwirkenden Element zugeordnet, im Gegensatz zu einem System, in dem binäre Information durch das Vorhandensein oder Fehlen von Elementen gespeichert wird. Wenn diese Elemente z.B. magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind, kann die Codierung nach den magnetischen Eigenschaften der Domänen erfolgen. Die Schreibeinrichtung liefert daher wechselwirkende Elemente für das System und vorzugsweise codierte Information, wobei die Codierung durch die physikalischen Eigenschaften dieser Elemente selbst erfolgt. In einem weiteren Beispiel können zu den magnetischen wechselwirkenden Elementen Informationsträgerelemente gehören, die optisch verschieden sind. Auch können die elektrischen oder die magnetischen Eigenschaften der Informationselemente unterschiedlich sein, um unterschiedliche Informationswerte darzustellen.

YO 3-72-063 - 11 -

50981 5/1116

Um die in dem Gitter vorhandenen wechselwirkendcn Elemente abfühlen zu können, ist eine Leseeinrichtung vorgesehen, welche vorzugsweise auf die Erkennung der verschiedenen, zu den Elementen gehörenden Eigenschaften anspricht. Auf diese Weise wird die codierte Information gelesen und benutzt.

Zur Handhabung von wechselwirkenden Domänen ausserhalb des Speicherschichtbereiches sind ebenfalls Einrichtungen vorgesehen. Zu diesen Einrichtungen gehört eine Ausbreitungssteuerungseinrichtung zum Bewegen der Domänen sowie Einrichtungen zur Ausführung von anderen Funktionen an den Domänen selbst, wie z.B.' zur Erzeugung und Auflösung der Domänen.

Eine bildliche Darstellung des Gitters kann durch Verwendung einer Lichtquelle zur Beleuchtung oder Durchleuchtung des Netzwerkes vorgesehen werden, welches wechselwirkende Elemente mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften enthält. Auf diese Weise kann ein Betrachter (oder ein Ausgangsdetektor) auf Licht reagieren, das durch das Gitter hindurch gelangt oder davon reflektiert wird, so dass eine Darstellung des Gitters selbst erhalten wird.

Ein besonders geeignetes Ausfuhrungsbeispiel zeigt die Verwendung des Netzwerkes in einem magnetische zylindrische Einzelwanddoma'nen in einer

YO 9-72-063 50981 5/²H 1 6

magnetischen Speicherschicht verwendenden Massenspeicher. Die Domänen können sich frei in der magnetischen Speicherschicht bewegen und haben magnetische Streufelder. Durch diese Streufelder beeinflussen sich die Domänen gegenseitig und wenn keine, die Position bestimmende äussere Struktur vorgesehen ist, suchen sie die Positionen/ die durch die zwischen ' den Einzelwanddomänen existierenden Wechselwirkungskräfte bestimmt sind. Wenn also die Domänen in einen wohlabgegrenzten Speicherschichtbereich gebracht werden, wo sie sich frei bewegen können, stellen sie sich von selbst in einer Gitterstruktur so ein, dass die Gesamtanordnungsenergie ein Minimum wird.

Wenn als magnetische Elemente in einem Gitter magnetische zylindrische Einzelwanddomänen verwendet werden, kann eine Vorspannfeldeinrichtung vorgesehen werden, die ein magnetisches Vorspannfeld liefert, welches im wesentlichen in der leichten Magnetisierungsrichtung des magnetischen Mediums wirkt. Dieses magnetische Vorspannfeld kahn über verschiedenen Bereichen des magnetischen Mediums verschiedene Werte haben. Es kann bei-spielsweise innerhalb des Speicherschichtbereiches eine kleine Vorspannung oder auch den Wert Null aufweisen, während die Vorspannung ausserhaib dieses Bereiches grosser ist.

YO 9-72-063 · - 13 ·■

50981 5/1116

Eine andere Alternative besteht in einem gleichmütigen Vorspannfeld über dem ganzen magnetischen Medium (d.h. , innerhalb und ausserhalb des abgeschlossenen Schichtbereiches). Abhängig vom gewählten Bereich der magnetischen Vorspannungswerte werden die Eingrenzungskraft sowie die anderen auf die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen einwirkenden Kräfte entsprechend eingestellt. Ausserdem kann die Vorspannfeldeinrichtung Vorrichtungen zur Lieferung eines kleinen modulierenden Vorspannfeldes enthalten, wodurch dieUeberwindung der Koerzitivkraft von den Domänen im magnetischen Medium erleichtert wird.

Ein anderes geeignetes Ausführungsbeispiel eines Systems verwendet ein Gitternetz aus magnetischen Elementen, die durch ein Medium getragen werden, in dem sie sich frei bewegen können. Ein Beispiel sind magnetische Elemente in Styroporschaumkugeln, die in einem Medium, wie z.B. einer Flüssigkeit schwimmen. Diese magnetischen Elemente sind im wesentlichen Dipolelemente mit magnetischen Streufeldern, die miteinander in Wechselwirkung stehen. Wenn also diese Elemente dicht beieinander liegen, wird die Lage einer jeden Styroporkugel auf der Wasseroberfläche bestimmt durch die Wechselwirkungskräfte zwischen jedem der magnetischen Elemente. Diese wechselwirkenden Elemente können durch unterschiedliche physikalische Eigenschaften, wie z.B. ihrer Farbe, codiert und so zur Darstellung von

Informationen verwendet werden. Wenn sie innerhalb eines Bereiches

YO S-72-063 - 14 -

50981 5/1116

wohl abgegrenzt sind, nehmen die Elemente Positionen in einem Gitternetz

Einrichtungen sind vorgesehen, um die Styroporbälle in den wohlabgegrenzten Netzwerkbereich hinein und aus ihm herauszubewegen. Ausserdem sind ' · Einrichtungen vorgesehen, um unterschiedlich codierte Eigenschaften der Styroporbälle, z.B. ihre Farbe, zu erkennen, um die zu den magnetischen Elementen gehörende Information abzufühlen. \

Ein ein Gitternetz benutzendes System ist besonders nützlich zur Informationsspeicherung, wenn die wechselwirkenden Elemente selbst unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben. In einem sochen Fall erhält man eine sehr dichte Speicherung mit einem Minimum an Struktur im Speicherbereich. Die Elemente brauchen jedoch zur Verwendung in einem sochen System nicht codiert zu sein. Solche Netzwerke aus wechselwirkenden Elementen können ,

nützlich auch als Unterkombinationen anderer Geräte sein. Systeme mit zu wechselwirkenden Elementen gehörender Information werden hier beschrieben, \ die eine Gitteranordnung dieser Elemente benutzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anschliessend näher beschrieben.

YO 9-72-063 - 15 -·

509815/1 1 16

Es zeigen:

Fig. 1 eine Gitternetzanordnung von miteinander in Wechselwirkung

stehenden Elementen,

Fig. 2 in einem Blockdiagramm ein Informationsverarbeitungsgerä't,

welches eine Gitternetzanordnung von in Wechselwirkung stehenden Elementen benutzt,

Fig. 3 in einem Blockdiagramm ein anderes Informations verarbeitungs-

gerät,"welches ein Gitternetz von wechselwirkenden Elementen benutzt, worin diese Elemente in das Gitternetz zurückgeführt werden können,

Fig. 4 in einem Blockdiagramm ein Informationsverarbeitungsgerät,

das zwei Gittemetzanordnungen von Wechselwirkungselementen benutzt,

Fig. 5 in einem Blockdiagramm ein Informationsverarbeitungsgerät, in

dem mit einer Lichtquelle das verwendete Gitternetz von wechselwirkenden Elementen beleuchtet wird,

YO 9-72-063 509815-/^116

24A1280

Fig. 6 in einem Blockdiagramm ein Informationsverarbeitungssystem,

in dem die wechselwirkenden Elemente in dem verwendeten Gitternetz magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Gitterkonstanten a und des

Einzeldomänendurchmessers d in Abhängigkeit von dem angelegten Vorspannfeld für eine Gitternetzanordnung aus magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen,

Fig. 8 die Verformung von magnetischen zylindrischen Einzelwand

domänen in einer Gitternetzanordnung, wenn das angelegte

Vorspannfeld H, ausreichend negativ ist, b

Fign. 9A Verschiedene Formen der Begrenzung einer Gitternetzanordnung

bis 9D

von wechselwirkenden Elementen,

Fign. 1OA eine Eingabeoperation, wobei die wechselwirkenden Elemente

und 1OB

in eine Gitternetzanordnung gesetzt werden müssen,

Fig. 11 schematisch Toleranzwerte für die Positionen am Rande der

Begrenzung liegender wechselwirkender Elemente in Be-

YO 9-72-663 50 9 8 1"57 Π 16

Ziehung zu der zum Aufrechterhalten der Gitternetzanordnung benutzten Abgrenzungseinrichtung,

Fig. 12 das gesamte Vorspannfeld H in Abhängigkeit von der

Längenkoordinate einer magnetischen Speicherschicht im Falle, dass für ein Einzelwanddomänen-Gitternetz im inneren ein anderes Vorspannfeld herrscht als ausserhalb,

Fign. 13A verschiedene Strukturen zur Eingrenzung von wechselwirken-

bis 13D

den Elementen innerhalb eines Gitternetzes,

Fign. 14A weitere Strukturen zur Eingrenzung von wechselwirkenden

bis 14D

Elementen innerhalb eines Gitternetzes,

Fign. 14E einen stromführenden Leiter im Querschnitt und das dadurch

erzeugte Magnetfeld als Funktion einer der Abmessungen des Leiters,

Fig. 15 eine Eingrenzungsstruktur für magnetische zylindrische Einzel

wanddomänen als wechselwirkende Elemente, die eine magnetische Diskontinuität zur Unterstützung der Eingrenzung

YO 9-72-063 ' - 18 -

509815/1116

der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen im Gitternetz benutzt,

Fign. 16A verschiedene Einrichtungen zum gleichmässigen Anlegen von

bis 16C '

Vorspannfeldern an die ganze magnetische Speicherschicht,

in der eine Gitternetzordnung existenzfähig ist,

Fign. 17A , Einrichtungen zum Anlegen magnetischer Vorspannfelder mit

17B . ·

innerhalb und ausserhalb der Gitternetzanordnung verschiedenen Amplituden,

Fig. 18 Strukturen für Zugriffseinrichtungen zum Bewegen von

wechselwirkenden Elementen in eine Gitternetzanordnung hinein und heraus,

Fign. 19A die Arbeitsweise der Struktur in Fig. 18 zum Bewegen von

bis 19E^

wechselwirkenden Elementen in das Netzwerk hinein,

Fig. 20 eine andere Einrichtung zum Bewegen von wechselwirkenden

Elementen in das Gitternetz hinein und aus diesem heraus,

YO 9-72-063 - 19 -

50981 5/1116

Fig. 21 eine weitere Einrichtung zum Bewegen von wechselwirkenden

Elementen in das Gitternetz hinein und aus diesem heraus,

Fign. 22A die Arbeitsweise der Einrichtung in Fig. 21 in verschiedenen

bis 22G

Zeitfolgen für das Einbringen von wechselwirkenden Elementen

in das Gitternetz hinein und das Ausstossen dieser Elemente aus dem Gitternetz heraus,

Fig. 23 eine zur Unterstützung der Bewegung von magnetischen

zylindrischen Einzelwanddomänen ,in einer Gitternetzanordnung geeignete Einrichtung, die Kräfte liefert, welche die Kooerzitivkräfte innerhalb der Anordnung überwinden,

Fig. 24 eine Einrichtung zur Unterstützung der Bewegung von wechsel

wirkenden Elementen innerhalb einer Gitternetzanordnung,

Fig. 2 5 schematisch die Bewegung der wechselwirkenden Elemente

in das Gitternetz hinein und aus ihm heraus nach einem geometrischen Einfächerungsverfahren und Ausfa'cherungsverfahren,

YO 9-72-063 - 20 -

509815/1 1 16

Fig. 26 in einer graphischen Darstellung die verschiedenen not

wendigen Vorspannfelder für das in Fig. 25 gezeigte Verfahren, wenn die wechselwirkenden Elemente magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind,

Fig. 27 eine Leitstruktur für das Einleiten und.Ausleiten der wechsel

wirkenden Elemente ?n das Gitternetz hinein bzw. aus ihm heraus nach dem in Fig. 25 dargestellten Verfahren,

Fig. 28 in einem Blockdiagramm eine andere Anordnung zum Bewegen

von wechselwirkenden Elementen in das Gitternetz hinein und aus ihm heraus,

Fig. 29 schematisch Einzelheiten der in Fig. 28 in Form eines Block -

diagrammes gezeigten Einrichtung,

Fig. 3 0 in einer Tabelle die zeitliche Folge von Stromimpulsen in

entsprechenden Leitern der Anordnung gemäss Fig. 29 zum Steuern der Eingabe und Ausgabe von magnetischen Domänen in das Gitternetz hinein, bezw. aus ihm heraus,

509 815/1116

YO 9-72-063 - 21 -

2*41280

Fig. 31 in einer Tabelle die verschiedenen Positionen der wechsel

wirkenden Elemente zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Folge von an die, die Anordnung der Fig. 29 bildenden Leiter angelegten Stromimpulse,

Fig. 32 eine Einrichtung zur Codierung magnetischer zylindrischer

Einzelwanddomänen als wechselwirkende Elemente zur'Verwendung als Informationswerte innerhalb eines Gitternetzes gemäss den hartmagnetischen und weichmagnetischen Eigenschaften dieser magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen,

Fig. 33 eine Leseeinrichtung zum Abfühlen der hartmagnetischen und

weichmagnetischen Eigenschaften von zylindrischen Einzelwanddomänen, die mittels der Einrichtung nach Fig. 32 zum Schreiben codiert wurden,

Fig. 34 ■ eine Einrichtung zum Codieren von magnetischen zylindrischen

Einzelwanddomänen als wechselwirkenden Elementen durch ihre Ablenkungseigenschaften zur Verwendung als Informationsträger in einem Gitternetz,

509815/1 116

YO 9-72 -063 - 22 ■·

2U128Q

Fig. 35 eine Leseeinrichtung zum Erkennen des Informationswertes

von nach ihren Ablenkungseigenschaften mittels der in Fig. 34 dargestellten Einrichtung codierten magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen,

Fig. 36 eine Einrichtung zum Codieren von magnetischen zylindrischen

Einzelwanddomänen durch unterschiedliche Grosse der Einzelwanddomänen. Diese Figur zeigt auch die entsprechende Einrichtung zum Lesen solcher durch Einzelwanddomänen verschiedener Grosse dargestellter Information,

Fign. 37A, zylindrische Einzelwanddomänen mit verschiedenem Magneti-

sierungs-Schraubensinn, was zum Codieren von Information

in einem Einzelwanddomänen-Gitternetz benutzt werden kann,

Fig. 38 die Amplitude eines in der Ebene liegenden magnetischen

Feldimpulses, gemessen über der Zeit, mit dem Domänen mit verschiedenem Magnetisierungs-Schraubensinn gelesen werden

können/

509815/1 1 16

YO 9-72-063 - 23 -

2A41280

Fign. 39 Einrichtungen zum Lesen magnetischer zylindrischer Einzel-

und 40

wanddomänen mit unterschiedlichem Magnetisierungs-Schiau-

bensinn.

Flg. 41 eine Netzwerkanordnung von wechselwirkenden Elementen, die '

sich in einem Trägermedium frei bewegen können,

Fig. 42 Einzelheiten von geeigneten magnetischen wechselwirkenden

Elementen, die in der in Fig. 41 dargestellten Anordnung verwendet werden können,

Fig. 43 schematisch die Schaltungsanordnung für die Anordnung gemäss

Fig. 41 zum Erläutern einer doppelten Gitternetzeinrichtung in Verbindung mit Schieberegistern zum Uebertragen von wechselwirkenden Elementen zwischen den beiden Einrichtungen,

Fig. 44 schematisch die Eingabe-und Ausgabeeinrichtungen zum

Bewegen von wechselwirkenden Elementen in die in Fig. 41 dargestellten Gitternetzeinrichtungen hinein und aus denselben heraus,

509815/1116

YO 9-72-053 - 24 -

Fign. 4 5Λ die Arbeitsweise der in Fig. 44 dargestellten Einrichtung

bis 45C

zum Entfernen von wechselwirkenden Elementen aus einer

Gitternetzeinrichtung heraus,

Fign. 46A die Arbeitsweise der in Fig. 44 dargestellten Einrichtung beim

bis 46C

Einführen von wechselwirkenden Elementen in die Gitternetzeinrichtung hinein,

Fig. 4 7 in einer Tabelle das Vorhandensein oder das Fehlen von Treib

strömen in den die Einrichtungen der Fig, 44 bildenden Leitern während der Operation der Verschiebung und der Eingabe/Ausgabe von Elementen zu und von den Gitternetzeinrichtungen,

Fig. 48 in einem schematischen Diagramm die Schaltung zum Ver

schieben von Information von einem Gitternetz in das andere in der in Fig. 41 gezeigten Einrichtung und

Fig. 49 in einer Tabelle die Lage der wechselwirkenden Elemente bei

ihrer Bewegung im Schieberegister nach Fig. 48 für verschiedene Ströme in den das Schieberegister bildenden Leitern.

5 0 9 815/1116

YO 9-72-063 - 25 -

Die nachfolgende Spezialbeschreibung ist in drei Hauptabschnitte unterteilt;

I. Netzwerkinformationssysteme - allgemeine Beschreibung;

II. Netzwerkinformationssysteme mit magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen;

III. Andere Arten von Netzwerksystemen mit wechselwirkenden Elementen.

In allen zu beschreibenden Ausführungsbeispielen werden einzelne Elemente, die miteinander in Wechselwirkung treten können, in einen wohlabgegrenzten Bereich hineingebracht oder aus diesem Bereich entfernt, und zwar gewöhnlich in Gruppen von mehr als einem Element. Innerhalb dieses wohlabgegrenzten Bereiches gibt es im allgemeinen keine Struktur, welche die Positionen der Elemente relativ zueinander festlegt. Wenn die Elemente dicht beieinander liegen/ stehen sie miteinander in Wechselwirkung und diese Wechselwirkungen bestimmen im wesentlichen die Positionen der Elemente. In diesem Bereich können die Elemente in Form eines Gitternetzes angeordnet sein, welches in verschiedenen Informationssystemen besonders nützlich ist.

Das erste Hauptthema behandelt die allgemeinen Prinzipien der wohlabgegrenzten Anordnungen, wie z.B. Gitternetze von miteinander in Wechselwirkung stehenden

5 09815/1116

YO 9-72-063 - 26 -

Elementen benutzende Einrichtungen, während die Abschnitte II und III Netzwerkinformationssysteme beschreiben, die mit speziellen Arten von magnetischen wechselwirkenden Elementen arbeiten. Im Abschnitt II sind diese magnetischen Elemente magnetische zylindrische Einzelwanddomänen, während im Abschnitt III als magnetische Elemente zweipolige magnetische Elemente benutzt werden, die frei beweglich in einem Medium getragen werden.

I. NETZWERKINFORMATIONSSYSTEME

Die Fign. 1 bis 5 zeigen eine Netzwerkanordnung von magnetischen Elementen und verschiedene, mindestens eine dieser Netzwerkanordnungen benutzende Systeme. Die Systeme in den Fign. 2 bis 5 benutzen jede Art von Elementen, wenn nur zwischen ihnen Wechselwirkungen bestehen, welche die gegenseitige Lage der Elemente zueinander bestimmen.

Die Beschreibung in diesem Abschnitt befasst sich mit Netzwerken im allgemeinen und mit den Anordnungen der Fign. 2 bis 5 im besonderen zur Realisierung dieser allgemeinen Systeme. Insbesondere die Beschreibung von Netzwerkinformationssystemen mit magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen (II) behandelt viele Parameter dieser Systeme allgemein. Ausserdem wird der Effekt anderer Parameter beschrieben, wo magnetische zylindrische

509815/1 116

YO 9-72-063 - 27 -

Einzelwanddomänen verwendet werden.

Fig. 1

Fig. 1 zeigt ein Gitternetz 30 mit einer Mehrzahl von wechselwirkenden Elementen 32. Diese Elemente stehen miteinander in einer Art in Wechselwirkung, welche die gegenseitige Lage der Elemente zueinander bestimmt. Die Elemente sind in diesem Diagramm rund dargestellt, mit einem Durchmesser d und mit einem Mittenabstand a , welcher die Gitterkonstante genannt werden kann. Die Elemente sind in Fig. 1 hexagonal gepackt dargestellt, quadratische Gitter strukturen können jedoch ebenfalls verwendet werden.

Die Elemente 32 stehen in freier Wechselwirkung miteinander und können sich in ihrem Medium so bewegen, dass ihre Positionen im wesentlichen durch die Wechselwirkungskräfte zwischen ihnen bestimmt werden. Bei einander abstossenden, wechselwirkenden Elementen und bei einer festen Anzahl von solchen Elementen in einem gegebenen Bereich, führt die hexagonale Gitterstruktur zu einer maximalen Trennung zwischen den einzelnen Elementen. Diese Anordnung wird in Fig. 1 durch die schattierten Elemente erläutert. Jedes magnetische Element hat sechs nächste Nachbarn, die in Form eines Sechsecks angeordnet sind. Auf diese Wiese hat die Netzwerk-oder Gitteranordnung 30 eine gewisse Aehnlichkeit mit der Anordnung von Atomen in einem Atomgitter.

5 0 9 815/1116

YO 9-72-063 - 28 -

Das Gitter ist dadurch charakterisiert, dass die auf jedes der wechselwirkender. Elemente 32 einwirkenden Kräfte primär die Kräfte seiner nächsten Nachbarn sind. Die Elemente an der äusseren Begrenzung der Gitteranordnung haben die in Fig. 1 wiedergegebenen Lagen selbstverständlich nur, wenn auf sie einwirkende Begrenzungskräfte vorgesehen sind, damit die abstossenden Kräfte von den anderen Elementen im Gitter kompensiert werden, d.h., es sind Begrenzungskräfte erforderlich, um sicherzustellen, dass die wechselwirkenden Elemente am Umfang des Gitterbereiches durch die Kräfte von den Elementen, die weiter innerhalb des Gitters liegen, nicht aus dem Gitter herausgedrückt werden.

Die Anordnung der Fig. 1 kann eine sehr hohe Packungsdichte liefern, weil die wechselwirkenden Elemente eine dicht gepackte Struktur haben können, in der die Gitterkonstante a sehr klein ist. Eine Gitteranordnung von in Wechselwirkung stehenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in einem Material kann z.B. bei einem angelegten Vorspannfeld H, =0 eine Gitterkonstante a haben, die etwas grosser ist als der Domänendurchmesser (a =l,35d). Dadurch erreicht man extrem hohe Packungsdichten und - wenn · Information durch Eigenschaften der wechselwirkenden Elemente selbst gespeichert wird - auch eine extrem hohe Speicherdichte. Da das System ausserdem ohne besondere Leitstrukturen innerhalb des Gitterbereiches selbst arbeitet, ergibt sich eine leichte Möglichkeit der Herstellung und der Anwendung

, η ρ- ■ μ- 509815/1116

solcher Einrichtungen.

YO 9-72-063 - 29 - ■

Die Form des Gitters kann weitgehend verändert werden. Die spezielle Form des in Fig. 1 gezeigten Gitters nutzt die Symmetrieebenen des Gitters so, dass Reihen von wechselwirkenden Elementen 32 in einem Winkel von ungefähr 60 zu den horizontalen Zeilen innerhalb des Gitters verlaufen. Diese Anordnung ist von besonderem Nutzen, da sie einen direkteren Zugriff zu den Elementen innerhalb des Gitters ermöglicht. Auch bei anderen, ebenfalls möglichen Anordnungen ist nur wichtig, dass wie oben die wechselwirkenden Elemente in einem Bereich gehalten werden, der praktisch keine die Lage definierenden Leiteinrichtungen für die Elemente aufweist und in dem sie wahlfrei adressiert werden können. Wenn die Elemente dicht genug gepackt liegen, wird ihre gegenseitige Lage lokal im wesentlichen durch die Wechselwirkungen mit anderen Elementen bestimmt, weil voraussetzungsgemäss in dem wohlabgegrenzten Bereich eine die Lage bestimmende Leitstruktur praktisch fehJt.

Aus der weiteren Beschreibung geht hervor, wie Information in den Elementen 32 codiert werden kann, wie diese Elemente oder Elementengruppen in das Gitternetz 30 hinein und aus ihm heraus bewegt werden können und wie solche Elemente gelesen und in sehr dichter Packung gespeichert werden können.

509815/1116

YO 9-72-063 - 30 -

Fig. 2

Diese Figur zeigt schematisch eine Einrichtung, die eine wohlabgegrenzte Anordnung 30 von wechselwirkenden Elementen 32 verwendet. Die Anordnung 30 ist ein Gitter, welches durch die Abgrenzeinrichtung 34 zusammengehalten wird, welche eine kompensierende Kraft auf die am Rande liegenden Elemente 32 innerhalb des Gitters einwirken lässt und auf diese Weise die Gitterstruktur aufrechterhält. Die Grosse der Gitteranordnung 3 0 spielt dann keine Rolle und kann z.B. 2x2 oder 1000 χ 1000 betragen. Im Prinzip sieht jeder Teil des Gitters so aus, als ob er ein Teil eines unbegrenzten Elementgitters wäre, da der Hauptanteil von Kräften an jedem Element innerhalb des Gitters von den nächsten Nachbarn dieses Elementes herrührt.

Mit einer Schreibeinrichtung 36 werden wechselwirkende Elemente 32 im Gitter erzeugt. Ausserdem kann diese Schreibeinrichtung Möglichkeiten zur Codierung der Elemente 32 in der Art enthalten, dass man verschiedene physikalische Eigenschaften einprägt. Die Elemente 32 im Gitter sind selbst die Informationsträger.

te

Eine Eingabeeinrichtung 38 empfängt die wechselwirkenden Elemente von der Schreibeinrichtung 36 und gibt sie in das Gitter 3 0 ein. Die Eingabeeinrichtung 38 liefert genügend Kraft an die Eingabeelemente, dass sie die durch die

5098 15/1116

YO 9-72-063 - 31 -

2A41280

Begrenzungseinrichtung 34 erzeugte Kraft überwinden können, um in das Gitter zu gelangen.

Mit einer Ausgabeeinrichtung 40 werden Elemente 32 aus dem Gitter 30 entnommen. Die Ausgabeeinrichtung 4 0 ist der Eingabeeinrichtung vergleichbar,, indem auch sie genügend Kraft liefert, um die von der Abgrenzungseinrichtung 34 gelieferten Haltekräfte zu überwinden. Dadurch können Elemente 32 innerhalb des Gitters 30 aus diesem herausgezogen werden. Wie später genauer beschrieben wird, kann man durch die Eingabe von Elementen 32 in das Gitter andere Elemente aus dem Gitter entfernen, d.h., bereits im Gitter vorhandene Elemente 32 erfahren Krafteinwirkungen durch die in das Gitter neu eingegebenen Elemente und diese Einwirkungen werden durch das ganze Gitter hindurch übertragen, wodurch die letzten Elemente am Ausgabeende des Gitters aus dem Gitter herausgetrieben werden.

Eine Leseeinrichtung 42 empfängt Elemente 32 von der Ausgabeeinrichtung Mit der Leseeinrichtung werden die Elemente 32 aus dem Gitter und insbesondere zu diesen Elementen gehörende unterschiedliche Information gelesen. Wenn die Elemente 32 aus dem Gitter anderweitig benutzt werden sollen, braucht man keine Leseeinrichtung. Eine Benutzereinrichtung 44, wie z.B. ein Computer oder ein anderes datenverarbeitendes Gerät, kann auf das durch die Leseeinrichtung erzeugte Signal ansprechen oder die vorher in dem

509815/1116

YO 9-72-063 - 32 -

Gitter 30 gespeicherten magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen weiter benutzen.

Die Einrichtung der Fig. 2 arbeitet unter Steuerung von Signalen der Steuereinrichtung 46, die Takteingangssignale an die Eingabeeinrichtung 38 und die Ausgabeeinrichtung 4 0 liefert. Dadurch ist die Synchronisierung gewährleistet.

Fig. 3 zeigt schematisch ein weiteres datenverarbeitendes System unter Verwendung eines Domänengitters in Abänderung der Anordnung nach Fig. 2. Auch in der Vorrichtung nach Fig. 3 sind Schreibeinrichtungen 36 zur Bereitstellung von Elementen 32 für die Eingabe in das Domänengitter 30 vorgesehen. Die Eingabeeinrichtung 38 ist zwischen die Schreibeinrichtung 36 und das Gitter 30 geschaltet und sorgt für die Eingabe von wechselwirkenden Elementen in das Gitter 30. Eine Ausgabeeinrichtung 40 nimmt wechselwirkende Elemente aus dem Gitter 30 heraus und überträgt sie in die Leseeinrichtung 42, wo ihr Informationswert festgestellt wird. Bei Bedarf kann eine Benutzereinrichtung vorgesehen werden, welche die Ausgabe der Le se einrichtung für andere Zwecke der Datenverarbeitung benutzt. Die Synchronisation der gesamten Vorrichtung übernimmt die Steuereinrichtung 46, welche Taktimpulse erzeugt, ur.. Eingabe-

5098 15/1116 "■ · ^: '^ "

YO 9-72-063 - 33 - '

und Ausgabeeinrichtung sowie andere steuerungsbedürftige Einrichtungen zu synchronisieren.

Das System der Fig. 3 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten dadurch, dass ein Weg 48 zur Rückführung von magnetischen wechselwirkenden EIe- ' menten von der Leseeinrichtung 42 zur Eingabeeinrichtung 38 vorgesehen ist. Auf die?e Weise wird der Speicher zerstörungsfrei ausgelesen und die wechsel wirkenden Elemente können wieder in den Gitterbereich 30 zurückgeführt werden. Diese Elemente können, wie später noch erläutert wird, in entsprechenden Positionen im Gitter wieder eingesetzt werden, oder sie werden mit neuen Elementen von der Schreibeinrichtung 36 vermischt. Somit kann man im Gitter völlig neue Informationen vorsehen, nur Teile der Information im Gitter ersetzen oder die ursprüngliche Information im Gitter wiederherstellen. Diese Einrichtung ist besonders in Grossraum-Speichersystemen vorteilhaft, wo der nichtzerstärende Lesebetrieb bevorzugt wird. .

Fig. 4

Fig. 4 zeigt schematisch ein anderes datenverarbeitendes System, das mit einem Gitterbereich als wesentlichen Teil arbeitet. Das System der Fig. 4 verwendet jedoch zwei Gitterbereiche 3OA und 3OB, wobei die magnetischen Elemente sich zwischen den beiden Gitterbereichen hin- und herbewegen

5098 15/1116

YO 9-72-063 - 34 -

können. Aus einem Gitter gelesene Information wird somit zur Speicherung in das andere übertragen. Dieses zerstörungsfreie Ausleseverfahren ist besonders für Massenspeichersysteme geeignet, d.h. , die wechselwirkenden Elemente sind in jedemGitterbereich sehr dicht gepackt und ergeben so auch eine hohe Speicherdichte. Die Elemente werden aus dem einen Gitter für die ' Leseoperation herausgenommen und zur Speicherung in das andere Gitter zurückgeführt. Bei Bedarf kann die dem Gitter 3OA entnommene Information auch neu codiert werden, bevor sie in das Gitter 3OB gesetzt wird. Die verfügbare Informationsmenge wird demzufolge beibehalten und man bekommt so ein sehr wirksames Speichersystem mit hoher Kapazität.

In Fig. 4 werden dieselben Bezugszahlen verwendet wie in den vorhergehenden Figuren. Der erste Gitterbereich und die zugehörigen Bauteile sind mit dem Zusatz A bezeichnet, während der zweite Gitterbereich und dessen zugehörige Bauteile allgemein mit dem Zusatz B bezeichnet sind.

Eine Schreibeinrichtung 36A liefert wechselwirkende Elemente an die Eingabeeinrichtung 38A. Diese Elemente werden in das Gitter 3OA durch die Eingabeeinrichtung 38A eingesetzt und können dem Gitter durch die Ausgabeeinrichtung 4OA entnommen werden. Die Steuerung der Eingabeeinrichtung 38A und der Ausgabeeinrichtung 4OA erfolgt durch Impulse von der Steuereinrichtung 46A. Aus

509815/1116

YO 9-72-063 - 35 -

24A1280

dem Gitter 30Λ entnommene Elemente werden von der Leseeinrichtung 42A gelesen und danach in das Gitter 3OB geleitet.

Die Eingabeeinrichtung 38B lenkt die Ausgabe des Gitters 3OA zur Eingäbe in das Gitter 3OB. Bei Bedarf kann neue Information durch die Schreibeinrichtung 36B vermittelt werden und dann wird die Information vom Gitter 3OA umgeleitet oder mittels der Einrichtung 38B unter Steuerung der Steuereinrichtung 46B zerstört. Die Elemente im Gitter 30B können diesem Gitter durch die Ausgabeeinrichtung 4OB entnommen und dann durch die Leseeinrichtung 42B gelesen werden. Eingabe- und Ausgabeoperation für das Gitter 3OB werden durch die Steuereinrichtung 46B gesteuert. Die Gesamtsteuerung des Systems mit den Gittern 3OA und 3OB wird durch die Synchronisationseinrichtung 50 synchronisiert, welche entsprechende Signale an die Steuereinrichtungen 46A und 46B gibt. Damit wird sichergestellt, dass sich die Information fliessend von einem Gitter zum andern bewegt und die jedes einzelne Gitter betreffende Operationen in der richtigen zeitlichen Reihenfolge ablaufen.

Die Ausgabe der Leseeinrichtung 42B wird an die Eingabeeinrichtung 38A geleitet die zum Gitter 3OA "gehört. Bei Bedarf kann die Ausgabe des Gitters 3OB direkt in das Gitter 3OA eingegeben werden. Die Eingabeeinrichtung 38A kann jedoch Einrichtungen zum Zerstören oder Umleiten von wechselwirkenden Elementen

509815/1116

YO 9-72-063 - 36 -

aus dem Gitter 3OB enthalten, um auch neue Elemente in das Gitter 3OA einschreiben zu können. In diesem Fall erzeugt die Schreibeinrichtung 36A diese Elemente, die dann in das Gifter 3OA eingegeben werden.

Das System der Fig. 4 stellt einen Kreislauf für die Elemente von einem Gitterbereich in den anderen unter Steuerung der zugehörigen Bauteile dar. Hierbei handelt es sich um eine besonders vorteilhafte Systemlösung, die leicht'modifiziert oder verbessert werden kann, indem man beispielsweise weitere Gitterbereiche vorsieht. Die beiden dargestellten Gitterbereiche brauchen ausserdem nicht gleich gross zu sein, und auch ein asynchroner Betrieb ist möglich. Das Prinzip besteht darin, dass Information von einem Gitter nicht in dasselbe Gitter zurückgeführt oder zerstärt zu werden braucht, sondern auch von einem Gitterbereich in einen anderen bewegt werden kann, um die Iniormationsträger wirtschaftlicher und wirksamer auszunützen und ihre Menge praktisch konstant zu erhalten.

Fig. 5 . .

Fig. 5 zeigt, wie im Gitterbereich enthaltene Information optisch ausgelesen werden kann. Ausserdem kann der Gitterbereich für die bildliche Darstellung von optischer Information in Form eines Musters aus verschiedenen wechselwirkenden Elementen innerhalb des Gitters 30 benutzt werden.

5 0 9 815/1116

YO 9-72-063 - 37 -

Das Gitter 30 liegt zwischen einer Lichtquelle mit der allgemeinen Bezeichnung 52 und einer Leseeinrichtung 54. Die Lichtquelle 52 besteht beispielsweise aus einem Laser 55 und einer Polarisationseinrichtung 56. Für verschiedene Systeme braucht die Lichtquelle nicht unbedingt kohärentes Licht abzugeben, und es braucht auch nicht immer eine Polarisationseinrichtum vorgesehen zu werden. In dem speziellen Fall, wo die Elemente 32 im Gitter 30 magnetische zylindrische F,inzelwanddomänen sind, ist jedoch die Verwendung eines Polarisators in Verbindung mit einer starken Lichtquelle besonders vorteilhaft.

Die Leseeinrichtungen 54 enthalten eine Einrichtung zum Abfühlen des durch das Gitter durchgelassenen oder von den wechselwirkenden Elementen im Gitter reflektierten Lichtes. In Fig. 5 enthält die Leserichtung 54 einen Analysator 58 und einen geeigneten Lichtdetektor 60. In manchen Fällen braucht kein polarisiertes Licht verwendet zu werden und in diesem Falle wäre der Analysator 58 dann überflüssig. Der Detektor kann ausserdem jede Art von lichtreagierendem Mechanismus sein und kann auch in einigen Fällen zum Erkennen der Anordnung von wechselwirkenden Elementen im Gitter 30 durch das menschliche Auge ersetzt werden. Diese Zusammenhänge werden weiter unten näher erläutert. Obwohl die Leseeinrichtungen ausserhalb des Gitterbereiches liegend dargestellt ist, können sie auch so angeordnet sein, dass

509815/1 1 16

YO 9-72-063 - 38 -

zu den wechselwirkenden Elementen gehörende Information gelesen wird, während sich die Elemente im Gitterbereich befinden.

Die Erläuterung zu den Fign. 1 bis 5 ist eine allgemeine Beschreibung von datenverarbeitenden Systemen, die eine wohlabgegrenzte Anordnung (die ein Gitter sein kann) von wechselwirkenden Elementen benutzen,., in der die

Wechselwirkungen zwischen den Elementen die bestimmenden Parameter fur die gegenseitige Lage der Elemente innerhalb des abgegrenzten Bereiches sind. Während einige allgemeine Ueberlegungen über die Gittereigenschaften, die Adressierung von Information im Gitter und die Codierung von wechselwirkenden Elementen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften besprochen wurden, werden diese Konzepte in der nachfolgenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele von mit Gittern aus wechselwirkenden Elementen arbeitenden datenverarbeitenden Systemen genauer erläutert.

II. INFORMATIONSSYSTEME MIT GITTERN AUS MAGNETISCHEN ZYLINDRISCHEN EINZELWANDDOMAENEN

Dieser Abschnitt befasst sich mit datenverarbeitenden Systemen, die wohlabgegrenzte Anordnungen (Gitter) benutzen, in denen die wechselwirkenden Elemente magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind, welche sich in einem sie-tragenden magnetischen Medium frei bewegen können.

509815/1116

YO 9-72-063 - 39 -

Ein solches Medium ist an sich bekannt und schliesst Orthoferrite, Granate, amorphe magnetische Materialien und andere magnetische Medien ein, in denen magnetische zylindrische Einzelwanddomänen existenzfähig sind. In der folgenden Beschreibung lassen sich viele Aspekte der physikalischen und mathematischen Beschreibung von Gitteranordnungen auf Systeme anwenden, die auch andere wechselwirkenden Elemente als Zylinderdomänen benutzen. Im Sonderfall der magnetischen zylindrischen EinzelwanddomSnen können jedoch auch andere Parameter, wie z.B. das magnetische Vorspannfeld einen gewissen Einfluss auf die Wirkungsweise der Einrichtung nehmen. Diese Sondereinflüsse werden im einzelnen beschrieben.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches eine Gitteranordnung 30 benutzt, in der die wechselwirkenden Elemente 32 magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind, die im magnetischen Medium 62 existenzfähig sind. Mit der Abgrenzeinrichtung 34 wird die Form des Gitters 30 gesteuert und es werden die am Rande.des Gitters liegenden Domänen 32 zurückgehalten. Wie bereits beschrieben wurde, erzeugt eine Schreibeinrichtung 36 magnetische zylindrische Einzelwanddomänen zur Eingabe in das Gitter 30 über die Ein-

gabeeinrichtung 38. Mit einer Ausgabeeinrichtung 40 kann man die Domänen aus dem Gitter 30 entnehmen, welche anschliessend durch die Leseeinrichtung 42 gelesen werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass

509815/1116

YO 9-72-063 · - 40 -

die Domänen so codiert sind, dass ihre verschiedenen physikalischen Eigenschaften verschiedene Informationswerte anzeigen. Die Ausgabesignale der Leseeinrichtung 42 werden an die Benutzereinrichtung 44 weitergegeben. Die Steuereinrichtung 46 liefert Einganssignale an die Schreibeinrichtung 36, die Eingabeeinrichtung 38, die Ausgabeeinrichtung 4 0 und die Leseeinrichtung 42, um den Betrieb der Vorrichtung zu synchronisieren.

Die Domänengittervorrichtung der Fig. 6 enthält auch eine Vorspannfeldeinrichtung 64 zur Erzeugung eines magnetischen Vorspannfeldes, welches im allgemeinen, aber nicht notwendigerweise, praktisch parallel zu der leichten Magnetisierungsrichtung des magnetischen Mediums verläuft, in dem die Einzelwanddomänen existenzfähig sind. Das magnetische Vorspannfeld kann bezüglich des magnetischen Mediums gleichmässig sein oder aber in verschiedenen Bereichen dieses Mediums auch unterschiedliche Werte haben. Ein sehr kleines Vorspannfeld (oder ein Feld mit dem Wert Null) kann z.B. im Gitterbereich existieren, während ein grösseres Vörspannfeld in solchen Bereichen vorhanden sein kann, welche den eigentlichen Gitterbereich umgeben.

Eine Treibfeldeinrichtung 66 ist ebenfalls vorgesehen, welche, allgemein gesagt, zur Lieferung von magnetischen Treibfeldern zum Bewegen der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen benutzt wird. Die Treibfeldeinrichtung kann

5098 15/1116

YO 9-72-063 - 41 -

viele verschiedene Ausführungsformen einschliesslich Stromleitern oder Streifenanordnungen aus magnetisch weichem Material enthalten, die oberhalb des magnetischen Mediums liegen, in dem die Domänen verschoben und gespeichert werden. Mit den genannten Treibfeldern werden die Domänen sowohl innerhalb des eigentlichen Gitterbereiches 30 als auch ausserhalb in den Bereichen des magnetischen Mediums 62 bewegt, welche den Gitterbereich umgeben.

Es folgt eine Beschreibung der verschiedenen Betriebsparameter für Systeme, die mit Gittern aus wechseiwirkenden Domänen arbeiten.

Das Vorspannfeld

Für ein aus magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen bestehendes Gitter ist ein für Anwendungen einstellbarer Parameter das erforderliche magnetische

Vorspannfsld H, , welches parallel zur leichten Magnetisierungsachse des b

die Domänen tragenden Mediums 62 angelegt wird. Allgemein sind verschiedene Anordnungen des Vorspannfeldes möglich wie z.B.

1..Vorspannfeld H = 0 oder ein anderer kleiner Wert innerhalb des Gitterbereiches, aber mit einem grösseren Wert ausserhalb des Gitterbereichqs. Der Wert ausserhalb des Gitterbereiches ist annähernd der für Geräte mit isolierten Domänen benutzte Wert (d.h. ■£7TM_S /s, worin M die Sättigungsmagnetisierung des magnetischen die Einzelwanddomanen tragenden Materials ist).

BAD ORiGiNAL .509815/11 16

YO 9-72-063 -42 -

2. Ein kleines gleichmässiges Vorspannfeld H, kann für Bereiche innerhalb

und ausserhalb des Gitters verwendet werden. In diesem Fall ist das Vorspannfeld über dem ganzen magnetischen Material gleichmässig. Ein geeigneter Wert ist ungefähr ATTMg/4 . Wenn eine Anordnung von weiteren Domänen das eigentliche Speichergitter umgibt, kann das angelegte Vor- *

spannfeld H, gleichförmig sein oder Null betragen, sowohl innerhalb als b

auch ausserhalb des Speichergitters.

Die Verwendung verschiedener Vorspannfeldbereiche als Konstruktionsparameter hängt von der gewünschten Anwendung ab. Ein gleichmässiges kleines Vorspannfeld, welches an das magnetische Material angelegt wird, ist hilfreich, beispielsweise bei der Erstellung eines Gitters, das für Aenderungen im Vorspannfeiri relativ unempfindlich ist, und in dem die Domänen leicht bewegt werden können.

Da die Wechselwirkungskraft zwischen den Einzelwanddomänen proportional

4 4

ist zu d / a , wird durch eine diese Parameter verändernde Aenderung im Vorspannfeld auch die zwischen den magnetischen Elementen untereinander wirksame Kraft verändert. Da die leichte Bewegungsfähigkeit magnetischer Domänen im Gitter eine Funktion der zwischen den Domänen existierenden

Kraft ist, ist die Veränderung des Vorspannfeldes in einer bestimmten Konstruktion ein nützlicher Parameter.

5 0 9 8 15/1116

YO 9-72-C63 - 41 -

Ausser diesem g]eichmässigen Vorspannfeld kann man zusätzlich auch ein Wechselfeld benutzen, das durch eine stromführende, das magnetische Medium umgebende Spule erzeugt wird. Ein Wechselfeld oder ein gepulstes Vorspannfeld neigt dazu, die durch die Koerzitivkraft H im magnetischen

Material hervorgerufene Dämpfung zu reduzieren, wodurch sich die Domänen im Gitter wiederum freier bewegen können. Die Frequenz des Wechselfeldes liegt so, dass wenige Zyklen dieses Feldes während der Gitterverschiebung auftreten. Impulse mit einer Frequenz von 2 bis 3 MHz und einer Breite von etwa 1 Mikrosekunde sind beispielsweise geeignet.

Auf manche magnetische Elemente hat ein gleichmässiges Vorspannfeld keinerlei Einfluss. In dem noch zu beschreibenen Ausführungsbeispiel mit Styorporkugeln, die in einer Flüssigkeit schwimmen und magnetische Elemente enthalten, hat ein Vorspannfeld keinerlei Wirkung. Man kann daher in manchen Fällen auch solche wechselwirkende Elemente vorsehen, welche durch ein senkrecht zum Medium verlaufendes magnetisches Vorspannfeld nicht wesentlich beeinflusst werden. Wenn die magnetischen Momente der magnetischen Elemente eine Funktion des Vorspannfeldes sind, dann hat im

allgemeinen das Vorspannfeld einen Einfluss wegen der magnetischen Energie, die es einführt.

50981 5/1116

YO 9-72-063 - 44 -

Gitterei gens cha ft en

Das Gitter der Fig. 1 besteht aus vielen wechselwirkenden Elementen 32 in einer Anordnung, in der zwischen den Elementen ein praktisch gleicher Abstand herrscht, der durch eine Gitterkonstante a beschrieben wird. Die wechselwirkenden Elemente haben einen Durchmesser d.

Wechselwirkende Elemente ordnen sich im allgemeinen so an, dass die Gesamtenergie des Systems möglichst klein ist. In einem aus magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen bestehenden Gitter mit H, = 0 enthält

der Gitterbereich ungefähr gleichgrosse Anteile von Bereichen mit aufwärts und mit abwärts gerichteter Magnetisierung. Wenn zusätzliche Einzelwanddomänen in den Gitterbereich hinein gebracht werden, verändert sich die Grosse der Domänen im Gitter, um wiederum etwa gleichgrosse Bereiche mit aufwärts und mit abwärts gerichteter Magnetisierung zu erhalten. Ausserdem wird die Summe von magnetostatischer Energie und der Domänenwandenergie für eine zylindrische Einzelwanddomäne mit bestimmter Grosse minimiert, wenn sie sich in einer Gitteranordnung befindet. Für eine gegebene Anzahl von Domänen stellen sich die einzelnen Domänen daher von selbst so ein, dass die

Gesamtenergie des Systemes möglichst klein wird.

5 0 9 8 15/1116

YO-9-72-063 - 45 -

Ein durch gleiche Bereiche mit aufwärts und mit abwärts gerichteter Magnetisierung gekennzeichnetes Gitter wird "entmagnetisiertes Gitter" genannt. Dieses Gitter kann zu einer gewissen Aenderung des Abstandes zwischen den Einzelwanddomänen innerhalb des Gitters beeinflusst werden, um ein dichteres Gitter mit kleineren Einzelwanddomänen zu erhalten. Innerhalb des Einzelwanddpmänengitters findet sich für ein bestimmtes Vorspannfeld die niedrigste Energiekonfiguration. Bei H= 0 ist z.B. der Abstand a zwischen den Einzelwanddomänen l,35d. Dieser Abstand kann mit Hilfe eines angelegten Vorspannfeldes H, verändert werden. Analog zur Reibung kann

die Koerzitivkraft H des Mediums die Gitterkonstante a zur lokalen Abweichunc

c 0 ■ "

von diesem Wert veranlassen..

Ein Gitter hat eine inhärente Stabilität, die grosser ist als die Stabilität für isolierte zylindrische Einzelwanddomänen ( die im wesentlichen nicht miteinander in Wechselwirkung stehen). Das ist in der Kurve der Fig. 7 gezeigt, wo die Gitterkönstante a und der Durchmesser der Domänen als eine Funktion des angelegten Vorspannfeldes H dargestellt sind. Das magnetische Material ist (YEuL (FeGa) 0 . Aus diesen Kurven ist leicht zu ersehen, dass ein ziemlich breiter Bereich des Vorspannfeldes existiert, in

dem sie sich der Wert a nur geringfügig ändert. In demselben Bereich des angelegten Vorspannfeldes ändert sich der Durchmesser der Domänen geringfügig, aber nicht wesentlich. Wenn das Vorspannfeld grosser wird, nimmt der

509815/1116

YO 9-72-063 - 46 -

Abstand zwischen den Domänen in einem grösseren Ausmasse zu, bis die Domänen isolierte Domänen werden. Der Durchmesser der ,Domänen beginnt auch schneller abzunehmen. Das Vorspannfeld H kann zwischen einem negativen Wert bis ungefähr zum halben Wert für isolierte Einzelwanddomänen schwanken, ohne dass sich die Gitterkonstante a wesentlich ändert. Durch die Durchmesseränderung der Domänen tritt jedoch eine Aenderung des gesamten Bereiches der Aufwärtsmagnetisierung des magnetischen Mediums gegenüber dem der Abwärtsmagnetisierung im Gitterbereich auf.

Das gesamte auf die Domänen innerhalb des Gitters einwirkende Vorspannfeld besteht aus dem angelegten Vorspannfeld H, und dem Vorspannfeld, das auf die wechselwirkenden magnetischen Streufelder der zylindrischen Einzelwanddomänen zurückzuführen ist. Wenn das angelegte Vorspannfeld zunimmt, brechen Einzelwanddomänen im Gitter bei Werten des angelegten Vorspannfeldes zusammen, die kleiner sind als die Werte, bei denen die Domänen zusammenbrechen würden, wenn sie voneinander getrennt sind. Das ist darauf zurückzuführen, dass das gesamte, auf die Domünenim Gitter wirkende Vorspannfeld eine Kombination des anglegten Vorspannfeldes und des Wechsel-

Wirkungsmagnetfeldes ist, das zwischen den in Wechselwirkung stehenden Domänen erzeugt wird. Wenn das angelegte Vorspannfeld abnimmt, gibt es «inen Bereich, in dem die zylindrischen Domänen im Gitter nicht in Streif en-

5 0 9 8 15/1116

YO 9-72-063 - 47 -

domänen umgewandelt werden. Das ist auf des Vorspannfeld zurückzuführen, welches aus den Wechselwirkungs-Magnetfeldern zwischen den Domänen im Gitter entsteht. Wenn das angelegte Vorspannfeld so abnimmt, dass der Mittenabstand (a ) der Domänen im Gitter ungefähr l,25d wird, ändert sich die Form der magnetischen Einzelwanddomänen, obwohl die Gitteranordnung noch existiert. Dieser Vorgang wird dargestellt durch die sechseckig verformten Einzelwanddomänen 32 in Fig. 8.

Wenn der Wert des angelegten Vorspannfeldes einen bestimmten negativen Wert überschreitet, kann die Kombination von Einzelwanddomänen durch Zusammenpressen beginnen und die Gitterstruktur geht zunehmend verloren. Wenn diese Art der Domänenkombination auftritt, kann man die Gitteranordnung nicht mehr wiederherstellen, indem man einfach H, erhöht.

Wenn Einschränkungen an der Gittergrenze vorliegen (z.B. durch eine Struktur, die Begrenzungskräfte auf die Gitterdomänen ausübt), bleiben die in Fig. 7 gezeigten Kurven über einem grösseren Bereich des angelegten Vorspannfeldes H₁ flach. Die zylindrischen Einzelwanddomänen schrumpfen im Durchmesser zusammen, die Gitterkonstante a bleibt jedoch ungefähr gleich, bis das gesamte Vorspannfeld (angelegtes Feld PI₁ plus Wechselwirkungsfeld

H) gross genug wird, um die Einzelwanddomänen zusammenbrechen zu lassen.

509815/1 1 16

YO 9-72-063 - 48 -

Der Bereich des Vorspannfeldes, über den das Gitter der Einzeiwanddornänen stabil ist, ist eine Funktion der Eigenschaften des Materials einschließlich der Magnetisierung, der Anisotropie und der Schichtdicke', sowie auch der Stärke der Wechselwirkung des Materials. Der Bereich geht von kleinen negativen Weiten bis zu Werten, die mit den kritischen Werten für stabile isolierte Einzelwanddomänen vergleichbar sind. (Beispielsweise für ein 5 Mikron starkes Einzelwanddomänenmaterial aus einem Seltene-Erde-Eisongranat beträgt das gesamte Vorspannfeld (Ή, + H ) etwa 102 Oe > H 2: -25 Oe.)

Di ■ ζ

Die untere Grenze des gesamten Vorspannfeldes liegt bei einem Wert, bei dem eine Kombination der Einzelwanddomänen und die daraus resultierende Zerstörung des Gitters gerade noch verhindert wird. Der obere Grenzwert eines geeigneten Vorspannfeldes ist ein Wert, der etwas kleiner ist als derjenige, der zu einem Zusammenbruch isolierter Bereiche von Einzelwanddomänen im Gitter führen würde. Das bedeutet, ein spontaner Zusammenbruch von Einzelwanddomänen in Bereichen innerhalb des Gitters sollte nicht auftreten, wenn ein Gitter mit lauter gefüllten Positionen wichtig ist. Anders ausgedrückt, werden die hohen und niedrigen Grenzwerte des angelegten Vorspannfeldes H so gewählt, dass das Gitter nicht verschwindet, sei es durch Streifenbildung der Domänen oder durch ihren Zusammenbruch innerhalb des Gitters.

50981 5/1116

YO 9-72-063 - 49 -

Gitterform - Informationsnutzung

In einem hexagonalen Gitter ordnen sich die wechselwirkenden Elemente in der Gitterstruktur von selbst in dichter hexagonsler Packung an, wobei jedes Element sechs nächste Nachbarn hat, die an den Ecken eines regelmä'ssigen Sechsecks angeordnet sind. Die Symmetrielinien und Symmetrieebenen von wechselwirkenden Elementen bilden bei einem solchen Gitter Winkel von 60 miteinander. (Bei einem quadratischen Gitter verlaufen ' die Symmetrielinien und -ebenen rechtwinklig zu einander). Um ein regelmässiges Gitter zu bekommen, in dem alle Positionen gefüllt sind, muss die Begrenzung des Gitters entlang von Symmetrielinien und -ebenen der wechselwirkenden Elemente verlaufen.

Die Figuren 9A, 9B und 9C zeigen drei mögliche Begrenzungen, die regelmässige hexagonale Gitter liefern, in denen alle Positionen mit wechselwirkenden Elementen 32 gefüllt sind. Die Figur 9A zeigt ein sechseckig begrenztes Gitter, die Figur 9B ein gleichseitiges dreieckiges Gitter und die Figur 9C ein rautenförmiges Gitter. Die Symmetrielinien und -ebenen für

jedes der Gitter bilden miteinander einen Winkel von 60 .

Das kreisförmig begrenzte Gitter in Fig. 9D bildet kein regelmässiges Gitter, da Versetzungen in diesem Gitter vorhanden sind (d.h. Leerstellen und

5098 15/1116

YO 9-72-063 - 50 -

verschobene Elemente 32). Obwohl das Gitter der Fig. 9D in einem Informationssystem benutzt werden könnte, sind Gitter mit Formen, die durch Symmetrielinien und -ebenen der wechselwirkenden Elemente bestimmt sind, leichter zu benutzen. Insbesondere können wechselwirkende Elemente leichter in diese regelmässigen Gitter hinein und aus ihnen herausbewegt werden und jede Position innerhalb des Gitters wird besetzt. Wenn die wechselwirkenden Elemente zur Darstellung von Information codiert sind, stellt die Benutzung eines regulären Gitters sicher, dass keine Information verlorengeht.

Wenn die Form des Gitterbereiches und die Gitterkonstante a am Anfang vorbestimmt werden, ist innerhalb des Gitterbereiches eine bestimmte Anzahl von wechselwirkenden Elementen erforderlich, um ein reguläres Gitter zu erhalten, in dem alle Positionen besetzt sind. Das Gitter hat jedoch eine gewisse Beweglichkeit und es können zusätzlich wechselwirkene Elemente eingesetzt werden, ohne dass schwere Störungen im Gitter ausgelöst werden. Fig. 1OA zeigt als Beispiel ein Gitter 30, welches angenommenermassen mit wechselwirkenden Elementen 32 vollständig gefüllt sein soll und dadurch ein reguläres Gitter bildet. Will man weitere neue wechselwirkende Elemente 32A in das Gitter drücken und alle bereits vorhandenen Elemente 32 darin festhalten, so wird dadurch eine Verdichtung des Gitters an der Seite ausgelöst.,

5098 15/1116

YO 9-72-Ü63 - 53 -

an der die Elemente 32A eingegeben werden und es resultiert eine Anpassung der Gitterkonstanten a an dieser Kante.

Fig. 1OB zeigt einen Fall, in dem nur zwei wechselwirkende Elemente 32A in ein regelmässig begrenztes Gitter 30 mit wechselwirkenden Elementen 32 in jeder Position eingegeben werden sollen. Wenn die beiden Elemente 32A in das Gitter eingegeben werden, werden auch den fehlenden wechselwirkenden Elementen in der einzusetzenden Reihe entsprechende Leerstellen in das Gitter hinein bewegt. Diese Leerstellen können im Gitter weiter bewegt werden und stellen somit Gitter-Fehlordnungen dar. Im allgemeinen Gebrauch zieht man jedoch ein Gitter ohne Fehlstellen vor, da Information verlorengehen kann oder die Eigenschaften des regulären Gitters nicht beibehalten werden. Das bedeutet, die wechselwirkenden Elemente im Gitter ordnen sich neu, um die Leerstellen zu kompensieren, oder anders betrachtet, um einen Ausgleich für die beiden zusätzlichen wechselwirkenden Elemente 32A zu schaffen. Dadurch werden örtliche AusgleichvorgMnge der Wechselwirkungskonstanten hervorgerufen und die Gleichmässigkeit des Gitters wird gestört.

Ein anderer Gesichtspunkt der Toleranzwerte für die erfolgreiche Eingabe/ Ausgabe von Domänen des Gitters sind die Abmessungen des Gitters. Dabei sind der linke und der rechte Rand, an dem Domänen in das

509815/1116

YO 9-72-063 ' - 52 - COPY

. b 3-

Gitter eintreten bzw. es verlassen wichtiger als alle anderen Abmessungen des Gitters. Jede Veränderung in der Gittererzeugung verursacht auch eine lokale Aenderung im Gitterabstand. Bei jeglicher Veränderung sollte a innerhalb der Stabilitätsgrenzen nach der Darstellung in Fig. 7 liegen und muss hinreichend abgestuft sein, um keine Verschiebungen im Gitter zu verursachen. Beispielsweise wird eine Toleranz von ± ^/^an dem linken und rechten Rand des Gitters für geeignet gehalten.

Weiterhin ist beim Gitter der Winkel zu berücksichtigen, in dem die Eingangselemente 32A in das Gitter gelangen. Die Richtung der Eingangselemente 32A liegt im allgemeinen bei 60 bezogen auf den linken Rand 681. des hexagonalen Gitters. Aenderungen dieses Winkels sind aber auch zulässig. Eine Aenderung von etwa ±2 ist ein gutes Beispiel. Für ein quadratisches Gitter liegt der Eingangswinkel bei etwa 9 0 bezogen auf den Rand des Gitters und kann ebenfalls variiert werden. Dieser Winkel ist nicht sehr kritisch, da die Wechselwirkungen zwischen den Elementen 32A und den Elementen 32 im Gitter einen stabilisierenden Effekt auf die neu in das Gitter eintretenden Elemente haben und dadurch die richtigen Eingangs- und Ausgangsrichtungen

beibehalten werden.

50981 5/1116

YO 9-72-063 - 53 -

Begrenzungskraft

Infolge der Wechselwirkungskräfte zwischen den einzelnen Elementen ist eine Gitteranordnung von solchen wechselwirkenden Elementen stabil. Bezüglich abstossender Wechselwirkungskriifte unterliegen jedoch die em Rande der Gitteranordnung liegenden Elemente Kräften, die nicht durch weitere EIe-' mente ausserhalb des eigentlichen Gitterbereiches ausgeglichen werden. In Fig. 1 werden z.B. auf das äusserste linke obere Element Kräfte durch andere Elemente im Gitter ausgeübt. Wenn diese Kräfte abstossende Kräfte sind, wird dieses Eckenelement aus der übrigen Gitteranordnung herausgestossen. Daher wird eine Abgrenzeinrichtung (34 in Fig.2) dazu benutzt, die Gestalt des Gitters aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass Information in Form von wechselwirkenden Elementen nicht aus dem Gitter verlorengeht. Dieser Unterabschnitt befasst sich mit der zur Aufrechterhaltung der Gestalt des Gitters notwendigen Kraft, während der nachfolgende Abschnitt einige geeignete Einrichtungen für die Abgrenzung des Gitters beschreibt.

Im allgemeinen liefert die Abgrenzeinrichtung Kräfte, welche die Abstände zwischen den wechselwirkenden Elementen lokal ändern. Die Einflüsse auf ein Element im Gitter kommen primär von dessen nächsten Nachbarn. Wenn eine Abgrenzeinrichtung eine entsprechende Kraft am Umfang des Gitters liefert, erscheint das Gitter daher für jedes Element innerhalb des Gitters

5 0 9 8 15/1116

YO 9-72-063 - 54 -

als unendlich. In dieser Betrachtungsweise könnte die Begrenzungskraft auch durch Elemente geliefert werden, die ausserhalb des abgegrenzten eigentlichen Speicherbereiches liegen und in einem Gittermuster von Elementen üusserhalb des Speichergitterbereiches angeordnet sind.

Wechselwirkende Elemente an den Rändern des Gitters können sich etwas bewegen, so dass der Abstand von diesen Randdomänen zur Begrenzungseinrichtung sich verändern kann. Nach der Darstellung in Fig. 11 ist eine Abweichung von -20% a allgemein zulässig. Für manche Anwendungen kann auch eine grössere Toleranz zugelassen sein. Wenn die Abgrenzungskraft sehr gross ist, werden Elemente an den Rändern des Gitterbereiches zur Mitte desselben geschoben, während bei einer kleinen Begrenzungskraft die äusseren Reihen der wechselwirkenden Elemente sich näher an die Abgrenzungseinrichtung heranbewegen werden. ' .

Die Begrenzungskraft kann entweder anziehend sein, wodurch die Elemente am Rande des Gitters festgehalten werden oder auch abstossend, wodurch die Randelemente in den Gitterbereich hineingedrückt werden.

Mit der Abgrenzungskraft werden Reihen von wechselwirkenden Elementen um einen grösseren Betrag als a getrennt, um eine begrenzte Speicher-

509815/1116

YO 9-72-063 - 55 -

anordnung (Gitter) zu definieren. Wenn keine wechselwirkenden Elemente ausserhölb des Speicherbereiches vorhanden sind, ist die Begrenzungskraft ungefähr gensu so gross wie die Wechselwirkungkraft Γ,, die auf jedes der wechselwirkenden Elemente von den Nachbarn ausgeübt wird. Wenn jedoch auch ausserhalb des vorgesehenen Speicherbereiches wechselwirkende Elemente vorhanden sind, kann die Begrenzungskraft - die gerade so gross sein muss, dass eine Trennung ( >a ) der Elemente innerhalb und ausserhalb des Speicherbereiches erfolgt - kleiner sein als F .

Das Ausmass der zwischen den Reihen von wechselwirkenden Elementen zu erzielenden Trennung (die grosser ist als a ), bestimmt die Grosse der erforderlichen Begrenzungskraft. Wenn der Abstand zwischen den Reihen gleich a ist, dann liegt keine "Trennung" aufgrund einer Begrenzungskraft vor. Zur Erzeugung von Gitteranordnungen, wo Elemente in den Speicherbereich hinein und aus ihm heraus bewegt werden, reicht im allgemeinen eine Trennung aus, die um den Betrag a oder um einen kleineren Betrag grosser ist als a , und die Grosse der Begrenzungskraft wird entsprechend ausgewählt. Ein Mittenabstand zwischen den Reihen von (a + a /2) ist z.B. ein geeig-

neter Abstand. Die Trennung kann auch grosser sein und erfordert dann aber auch grössere Abgrenzungskräfte.

509815/1116

YO 9-72-063 - 56 -

Im Falle von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen wird die Begrenzungskraft am besten durch örtliche Veränderungen im Vorspannfeld in verschiedenen Bereichen des magnetischen Materials gefiefert. In einem System, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, kann z.B. die im-Speichergitterbereich angelegte Vorspannung 0,1 (4«"m_s) sein, worin M die Sättigung sinag-

netisierung des Materiales ist, während die angelegte Vorspannung in den Bereichen, in denen zylindrische Einzelwanddomänen nicht benutzt .verden, der Sättigungswert sein kann.· Für Schieberegister, welche magnetische zylindrische Einzelwanddomänen zwischen den Gittern bewegen, kann die angelegte Vorspannung einen Wert zwischen 0,1 {4h~Mj) und dem Sättigungsfeld haben, um Einzelwanddomänen im Schieberegister zu stabilisieren. Der Wert von H₁ (angelegtes Vorspannfeld) im Gitter kann so eingestellt werden,

dass man eine gewünschte Speicherdichte (a ) erhält·.

Für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen lässt sich die Wechselwirkungskraft F. zwischen isolierten Domänen errechnen als zwischen den Domänen vorhandene Dipolkraft. Diese Berechnung zeigt, dass die Wechselwirkungskraft durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

5 0 9 8 15/1116

YO 9-72-063 - 57 -

M die Magnetisierung des magnetischen Mediums ist, in s

, dem die Einzelwanddomänen existenzfähig sind,

r der Radius der Einzelwanddomänen

h die Höhe der Einzelwanddomänen und

a der Mittenabstand zwischen den Domänen ist.

Die die Begrenzungskräfte betreffende Beschreibung galt bisher für den Fall , dass das gesamte Vorspannfeld H = H, + H innerhalb und ausserhalb

ζ b ι

des Speichergitterbereiches dasselbe ist.

Wenn das gesamte Vorspannfeld im Gitterbereich sich jedoch von dem ausserhalb des Gitterbereiches unterscheidet, besteht im gesamten Vorspannfeld ein Gradient in Richtung auf die Gittergrenze. Dieser Gradient im gesamten Vorspannfeld bildet eine auf die zylindrischen-Einzelwanddomänen innerhalb des Gitters wirkende zusätzliche Kraft, die bei der Bestimmung der erforderlichen Begrenzungskraft berücksichtigt werden muss.

Die auf einen Gradienten im angelegten Vorspannfeld zurückgehende zusätzliche Kraft ist gegeben durch den Ausdruck d'FH worin d der Durchmesser der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne und VH der Gradient

509815/1116

YO 9-72-063 - 58 -.

über der Domäne ist.

Fig. 12 zeigt eine Situation, in der das angelegte Vorspannfeld H, ausser-

halb des Gitters sich von dem innerhalb des Gitters unterscheidet. Der Gitterbereich 1 kann jedoch so liegen, dass ein Gradient ζ7Η_η hinein in

den Gitterbereich verläuft. Der Gradient führt zu einer auf diejenigen Domänen wirkenden Kraft, die vom Gradienten erfasst werden und die Existenz dieser Kraft kann zu einer Anpassung der Gitterkonstenten a in örtlich abgegrenzten Bereichen des Gitters führen. Das angelegte Vorspannfeld und der Gradient sollten demnach so eingestellt sein, dass das auf die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen wirkende Gesamtvorspannfeld nicht so gross wird, dass die Domänen zusammenbrechen.

Wenn der Gradient in H, in den Gitterbereich eine Strecke a,_ oder weniger

b U

hineinreicht, kann der Gitterbereich 1 ( Fig. 12) benutzt werden. In diesem Fall wird nur eine Reihe des Gitters durch VE, gestört und die resultierende

Kraft unterstützt die Abgrenzung des Gitters.

Wenn der Gradient in H₁ den Gitterbereich über eine Strecke von mehreren

a hineinreicht, werden mehrere Domänenreihen im Gitter gestört. In diesem Fall ist es ratsam, einen Gitterbereich 2 (Fig. 12) als Speicherbereich zu benutzen.

5098 15/1116.

YO 9-72-063 - 59 - .

Die Strecke, die der Gradient in das Gitter hineinreichen kann, ist sehr flexibel und hängt von dem Amplitude des Vorspannfeldes, der Steilheit des Gradienten und der Schichtdicke des die Domänen tragenden Materials ab. Um die Ausdehnung des Gradienten im Gitter möglichst klein zu halten, ist eine am Gitterbereich angelegte kleine Vorspannung vorzuziehen. Nach Fig. 7 ändern sich die Gitterkonstante und der Domänendurchmesser sehr gering-' fügig, wenn das kleine Feld H, im Gitterbereich vorhanden ist,. Das hat den

weiteren Vorteil, dass die Wechselwirkungskraft F. wegen des kleineren Durchmessers etwas kleiner ist und somit lassen sich die Domänen im Gitter leichter bewegen.

Ein steiler Anstieg im Vorspannfeld an der Grenze des Gitters ist definiert als ein Anstieg, bei dem der grösste Teil über den Bereich nur einer Gitterkonstanten a erfolgt, d.h., zwei Elementenreihen werden durch eine Strecke getrennt, die grosser ist als a , während der Rest des Gitters einen gleichmassigen Abstand a hat. Der graduelle Anstieg erfolgt über mehrere Gitterkonstanten und setzt das Gitter unter Spannung.

Im allgemeinen kann das Gitter nach oben unter Spannung gesetzt werden bis zu einem Punkt, an dem es sich plastisch verformt, d.h., die Spannungen sollten kleiner sein als diejenigen Spannungen, die nicht-umkehrbare Veränderungen im Gitter hervorrufen. In einem regulären hexagonalen Gitter,

509815/1 1 16

YO 9-72-063 - 60 -

in dem jedes Element sechs nächste Nachbarn, alle mit dem gleichen Abstand a , hat, verändern die Elemente ihren regelmässigen Abstand und das Gitter erscheint nicht mehr regulär hexagonal, wenn Spannungen an dieses Gitter angelegt werden. Wenn die Spannungen die Elastizitätsgrenze des Gitters erreichen, verformt es sich plastisch und nimmt seine ursprüngliche Gleichmässigkeit nicht mehr an, wenn die Spannung weggenommen wird.

Die Elastizitätsgrenze des Einzelwanddomänengitters hängt von solchen Faktoren wie z.B. dem angelegten Vorspannfeld H. ab. Eine lokale Modu-

lation von 30 bis 40% kann z.B. benutzt werden, ohne dass die Elastizitätsgrenze für H *=■ cn (Ali m_s) überschritten wird. Mit zunehmendem H₁ -Wert

D ^J D.

wird a grosser und die Wechselwirkungskraft F. zwischen den Domänen nimmt ab. Das bedeutet, dass die Gitterpositionen schlechter definiert sind und das Gitter leichter verformbar ist. Solange der Gradient im Vorspannfeld Spannungen innerhalb der Elastizitätsgrenze für ein gegebenes Gitter erzeugt, wird die Gleichmässigkeit des Gitters aufrechterhalten.

Zur leichteren Konstruktion von Systemen mit Gitteranordnungen sollte der Gradient so gewählt werden, dass zylindrische Einzelwanddomänen lokal nicht dadurch zerstört werden, dass die Amplituden des Vorspannfeldes zu gross werden. Das Vorspannfeld sollte aber auch nicht so klein werden,

509815/1116

YO 9-72-063 - 61 -

dass die Domänen ausserhalb des Gitterbereiches zu Streifen verlaufen. Wenn ein Gradient mit unendlichem Anstieg vorgesehen werden könnte, wirkte.auf die Domänen im Gitter keine zusätzliche Kraft. Die Anwendung von Rillen im magnetischen Material kann zu sehr scharfen Gradienten im Vorspannfeld führen. Der Gradient kann solange in das Gitter hineinlaufen, wie die lokale Symmetrie des Gitters im wesentlichen beibehalten wird, d.h., solange jede Domäne von einem ziemlich gleichmässigen Muster von Domänen umgeben ist. Dieses Kriterium basiert natürlich auf der Annahme, dass ein reguläres Gitter mit gleichförmiger Gitterkonstante verwendet wird. Für bestimmte Anwendungen ist ein reguläres Gitter nicht erforderlich, und dann können die Gradienten verändert werden.

Die Wechselwirkungskraft ist für ein Gitter mit wenigen wechselwirkenden Elementen genau so gross wie für ein Gitter mit vielen solchen Elementen, da ihre Basis immer nur die nächsten Nachbarn sind.

Abstossende Grenze

Eine abstossende Grenze liefert Kräfte, welche die wechselwirkenden EIemente 32 zurückstossen oder abstossen. Für wechselwirkende Elemente mit untereinander existierenden abstos senden Kräften sind die durch eine abstossende Grenze gelieferten Kräfte in den Gitterbereich hineingerichtet.

509815/1116

YO 9-72-063 - 52 -

Diese Kräfte sind im allgemeinen auf allen Seiten des Gitters gleich gross und betragen etwa iS~H_c/7c.

Strukturen für abstossende Grenzen können aus stromführenden Leitern und aus magnetischen Materialien bestehen. Aenderungen der magnetischen Ei- ■ genschaften des die Einzelwanddomänen tragenden Materials können ebenfalls ausgenutzt werden. Zu solchen Aenderungen gehören sowohl Aenderungen der Schichtdicke als auch durch Ionenimplantation, Diffusion etc. herbeigeführte Aenderungen. Die Anisotropie oder die Magnetisierung eines magnetischen Materials kann so lokal verändert werden, um auf magnetische
wechselwirkende Elemente, die vom magnetischen Material getragen werden, abstossend wirkende Kräfte zu erhalten.

Die Figuren 13A bis 13D zeigen einige Strukturen zum Bereitstellen von abstossenden Begrenzungskräften. Obwohl jede dieser Strukturen ein Gitter der Gestalt eines Parallelogramms begrenzt, können nach demselben Prinzip natürlich auch Gitter mit beliebiger Form abgegrenzt werden. Der zur
Illustration gewählte Gitterbereich ist in einem praktischen System am
leichtesten zu benutzen. Die gewählten Formen haben nämlich die Vorteile der leichten Herstellungsmöglichkeit und des leichten Zugriffs zur Eingabe und Ausgabe von wechselwirkenden Elementen in den Gitterbereich.

509815/1116

YO 9-72-063 - 63 -

Fig. 13A zeigt eine Leitergrundschleife 70, deren Zweige entsprechend den Symmetrieebenen der ein hexagonales Gitter bildenden wechselwirkenden Elemente ausgerichtet sind. Der Strom I im Leiter 7 0 erzeugt ein Magnetfeld, das eine abstossende Kraft auf die innerhalb der Leiterschleife 70 liegenden wechselwirkenden Elemente 32 ausübt.

Um lokale Veränderungen des durch den Strom I im Bereich 72, wo der

Leiter 70 seine Anschlüsse hat, erzeugten Magnetfeldes zu kompensieren, ist ein Hilfsleiter 74 vorgesehen. Der Hilfsleiter 74 ist vom Leiter 70 isoliert und dient nur zum Aufbau eines gleichmässigen magnetischen Feldes an der Seite des Gitterbereiches 30, an der der Leiter 70 seine Zuleitungen hat.

In Fig. 13B werden mehrere in der gleichen Ebene liegende Leiter benutzt. In dieser Begrenzungsstruktur liefern die Leiter 76A und 76B die Begrenzungskräfte für Ober- und Unterseite des Gitterbereiches 30, während die Leiter 78A und 78B die auf die linke und rechte Seite des Gitters wirkenden Begrenzungskräfte liefern. Weil in den vier Ecken des Gitterbereiches magnetische Diskontinuitäten bestehen können, sind zu deren Ausgleich magnetische Elemente 80 vorgesehen. Diese sollen ausserdem sicherstellen, dass die wechselwirkenden Elemente 32 an den Ecken des Gitterbereiches nicht ver-

509815/1116

YO 9· 72-063 - 64 -

lorengehen. Solche magnetischen Elemente können z.B. aus hartem magnetischen Material bestehen, welches Rückstosskräfte auf die wechselwirkenden Elemente im Gitter einwirken lässt. Die Doppelpfeile 82 stellen mögliche Bewegungsrichtungen der wechselwirkenden Elemente in den Gitterbereich 30 hinein und aus ihm heraus dar.

Fig. 13C zeigt eine andere Begrenzungsleitereinrichtung in zwei Ebenen. Die Leiter 84A und 84B liegen z.B. in der ersten Herstellungsebene, während die Leiter 86A und 86B in der zweiten Ebene liegen. Zwischen den verschiedenen Leiterebenen ist im allgemeinen eine Isolierschicht vorgesehen. Wie in der Fig. 13B stellen die Doppelpfeile 82 mögliche Bewegungsrichtungen der wechselwirkenden Elemente im Gitterbereich 30 dar.

Die Fig. 13D zeigt eine andere Begrenzungsstruktur, die besonders geeignet ist, abstossend wirkende Kräfte auf solche wechselwirkende Elemente auszuüben wie magnetische zylindrische Einzelwanddomänen in einem magnetischem Medium 62. In diesem Ausführungsbeispiel liefern die stromführenden Leiter 88A und 88B abstossende Begrenzungskräfte an der Ober- und Unterseite des

Gitterbereiches 30. Die Begrenzungskräfte an dem linken und rechten Rande des Gitterbereiches 30 werden durch Zerstörung oder Unterdrüciung der magnetischen Eigenschaften des die Domänen tragenden Materials geliefert. Die schraffierten

509 8 157 1116

YO 9-72-063 - G5 -

Bereiche 9OA und 9OB sind solche Bereiche des magnetischen Mediums 62, in denen die magnetischen Eigenschaften des Materials, welche die Existenz der magnetischen zylindrischen'Einzelwanddomänen ermöglichen, zerstört wurden. Diese Bereiche 9OA und 9OB können sich bei Bedarf auch in den Bereich der Leiter 88A und 88B erstrecken. Das bewirkt, dass die magnetischen Domänen nicht in die Bereiche 9OA und 9OB driften können, die dadurch eine ebstossende Begrenzungskraft ausüben. In dieser Anordnung bewegen sich daher die magnetischen Domänen· in den Gitterbereich 30 hinein und aus ihm heraus nur in Richtung der Doppelpfeile 82.

Die Aenderung magnetischer Eigenschaften in den Bereichen 90A und 9OB kann beispielsweise durch Ionenimplantation oder durch Diffusion von Dotierstoffen erfolgen. Mit einer* solchen Methode würde beispielsweise die flächennormale Anisotropie eines magnetischen Mediums zerstört. Auch kann beispielsweise das magnetische Material in diesen Bereichen entfernt werden, so dass dadurch die magnetischen Domänen dort nicht mehr gehalten werden können.

In den dargestellten Anordnungen können geringe magnetische Diskontinuitäten an den Ecken der Strukturen auftreten, was zu kleinen Aenderungen der Begrenzungskraft führt. Die Domänen stellen jedoch ihre Durchmesser und/oder

509815/1 1 16

YO 9-72-063 - 66 -

ihren Abstand voneinander im Bereich solcher Begrenzungsecken darauf ein. Diese Domänen berichtigen später wieder ihre relativen Lagen und Grossen, sobald sie sich von den Ecken wegbewegen.

Anzieh ende Grenze

Die Figuren 14A bis 14D zeigen verschiedene Strukturen, die anziehende Grenzen liefern und ebenfalls als Abgrenzeinrichtung geeignet sind. Tn diesen Beispielen hält die anziehende Grenze eine Reihe von wechselwirkenden Elementen 32 fest und diese festgehaltenen Elemente ihrerseits stehen wiederum mit anderen Elementen im Gitter so in Wechselwirkung, dass dadurch eine Begrenzungseinrichtung gebildet wird.

Fig. 14A zeigt beispielsweise eine Begrenzungseinrichtung, mit der die wechselwirkenden Elemente 32 im Gitterbereich 30 gehalten werden können. In diesem Fall besteht die Begrenzungseinrichtung aus den Leitern 92A und 92B sowie den Magnetstücken 94. Die wechselwirkenden Elemente 32 kann man in Richtung der Doppelpfeile 82 in den Gitterbereich 30 hinein und aus ihm herausbewegen. Ein Bewegen der Elemente über die durch die Magnet stücke 94 definierten Ränder hinweg ist ebenfalls möglich.

50981 5/1116

YO 9-72-Π63 - 67 -

Die Leiter 92A und 92B führen Ströme, welche magnetische Felder erzeugen, die Kräfte zum Halten der Elemente innerhalb der Gitteranordnung 30 in der oben beschriebenen Art ausüben. Die Magnetstücke 94 ziehen wechselwirkende Elemente 32 an und halten sie an den Rändern des Gitters 30 fest. Die Wechselwirkung der festgehaltenen Elemente 32 mit anderen Elementen innerhalb des Gitterbereiches beschränkt die Elemente auf den eigentlichen Gitterbereich.

Fig. 14B zeigt eine Begrenzungs struktur, die als Grenze des Gitterbereiches dient, die vollständig aus diskreten Elementen 94 besteht. Es werden für diese Elemente Magnetstücke ausgewählt, wenn die wechselwirkenden Elemente magnetische Elemente sind. In der Anordnung können die wechselwirkenden Elemente 32 quer über die durch die Magnetstücke 94 gebildeten Ränder hinweg in den Gitterbereich 30 hinein und aus ihm herausbewegt werden.

Fig. 14C zeigt eine Begrenzungseinrichtung sowohl mit diskreten Elementen 94 als auch mit kontinuirlichen Elementen 96. Mit den diskreten Elementen 94 werden wechselwirkende Elemente 32 in der oben beschriebenen Art gehalten. Die kontinuirlichen Elemente 96 bilden jeweils eine ganze Kante des Gitterbereiches 30 und dienen zum Festhalten auch länglicher wechselwirkender Elemente 98. Solche kontinuirlichen Elemente 96 können beispielsweise aus weichem magnetischem Material bestehen und die wechselwirkenen Elemente

509815/1118

YO 9-72-063 - 68 -

2U1280

98 können in diesem Fall magnetische Streifendomänen in einem magnetischen Material sein, die dann an die genannten magnetischen Elemente 96 angezogen werden. Diese Streifendomänen 98 wiederum üben abstossende Kräfte auf magnetische Einzeldomänen 32 innerhalb des Gitters aus und übernehmen auf diese Weise die Begenzungsfunktionen.

In Fig. 14C können die magnetischen wechselwirkenden Elemente leichter übe: die durch die diskreten Elemente 94 definierten Kanten in den Gitterbereich hinein und aus ihm herausbewegt werden. Die Doppelpfeile 82 geben daher die bevorzugte Bewegungsrichtung für die wechselwirkenden Elemente 32 im Gitterbereich 30 an.

In den Anordnungen nach den Figuren 14A bis 14D kann man durch die anziehende Begrenzungseinrichtung festgehaltenen wechselv/irkenden Elemente aus diesen Einrichtungen hinwegbewegen, wenn geeignete Zugriffskräfte zu diesen Elementen vorgesehen sind. Dieser Punkt wird.später genauer beschrieben werden.

Fig. 14D zeigt eine andere Begrenzungsanordnung, die mit in zwei Ebenen liegenden elektrischen Leitern arbeitet, ähnlich wie das in Fig. 13C gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Leiter 1Ό0Α und lOOB liegen in der ersten

509815/1116

YO S-72-063 - 69 -

Fabrikationsebene und die Leiter 102A und 102B in der zweiten. Ströme in diesen Leitern bauen anziehende Magnetfelder für die magnetischen wechselwirkenden Elemente 32 auf.

Mit Fig. 14E wird die Arbeitsweise solcher elektrische Leiter verwendender ' Begrenzungseinrichtungen erläutert, wie sie in den Figuren 13C und 141) dargestellt sind. Fig. 14E zeigt im Qerschnitt den Leiter 104, der den Strom I'führt. Dieser Strom baut um den Leiter ein Magnetfeld mit den Komponenten II und H auf. Die Komponente H verläuft im wesentlichen senkrecht zu dem Me-

y y

dium, in dem die magnetischen Elemente 32 vorhanden sind. Im Falle von in Wechselwirkung stehenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen ist die Komponente H parallel zur leichten Magnetisierungsrichtung des magnetischen Materials gerichtet, in dem die Domänen existieren (d.h; H ver-

läuft in Richtung der Magnetisierung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen) .

Der über der Breite X des Leiters 104 aufgezeichnete Verlauf von H zeigt, dass die Komponente H auf einer Seite des Leiters positiv und auf der anderen negativ ist. Demzufolge erfährt eine in der Nähe des Leiters 104 befindliche Einzelwanddomäne eine Anziehungskraft oder eine abstossende Kraft, je nach ihrer Lage relativ zum Leiter 104. Wenn die Domäne im

509815/1116

YO 9-72-063 - 70 -

Feld H einen Gradienten erfährt, wird auf die Domäne eine sie bewegende Kraft ausgeübt. Domänen bewegen sich in der Richtung des abnehmenden Vorspannfeldes.

Wenn die Domänen z.B. aufwärts in Richtung von -Hi magnetisiert sind und rechts von dem positiven Maximum von H liegen, werden sie weiter nach rechts bewegt, wenn der Strom I durch den Leiter 104 fliesst. Wenn dieselben Domänen an Stellen zwischen dem positiven und dem negativen Maximum des Feldes H liegen, bewegen sie sich nach links, wenn der Strom I fliesst. Wenn weiter diese Domänen links von der linken Kante des Leiters 104 liegen, werden sie an die linke Kante des Leiters angezogen, wenn der Strom I durch den Leiter 104 fliesst.

Durch Festlegen der richtigen Stromflussrichtung in den Leitern 100 und 102 (Fig. 14D) bewirkt man an dem äusseren Rand des Gitterbereiches 30 anziehende magnetische Kräfte zum Festhalten solcher Elemente 32. Diese festgehaltenen äusseren Elemente 32 liefern dann die notwendigen Kräfte, · um andere Elemente 32 im Innern des Gitterbereiches 30 eingeschlossen zu halten.

Es wurden einzelne verschiedene Abgrenzungseinrichtungen gezeigt, welche Leiter, magnetische Materialien oder Bereiche des die Domänen tragenden

509815/1116

YO 9-72-063 - 71 -

Mediums benutzen, dessen Eigenschaften örtlich verändert werden. Diese verschiedenen Einrichtungen können nach der Darstellung in Fig. 15 auch gemeinsam kombiniert verwendet werden. Hier ist ein besonders für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen geeignetes Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem das magnetische Medium 62 eine Rille 106 aufweist. Eine Zwischenschicht 108 trennt das magnetische Medium 62 von dem darüberliegenden Leiter 110, der die Begrenzungskräfte liefern soll. Wenn man den Leiter in einem bestimmten Abstand vom Medium 62 anordnet, erhält man eine gleichmässigere Verteilung des Magnetfeldes. Die peripheren Domänen 32A werden an die Rille 106 angezogen, während innerhalb des Gitters die Domänen 32B durch die abstossende Wirkung der festgehaltenen Domänen 32A eingeschlossen sind. Natürlich kann auch die Rille selbst genügend anziehende Eigenschaften haben, um eine Begrenzungseinrichtung zu bilden, während der Leiter 110 dazu benutzt werden kann, um Domänen in das Gitter aus dem Be-

reich des Mediums 62 links von der Rille 106 her einzubringen.

Die Schichtdicke der für die Bildung der Abgrenzungen benutzten Magnetstücke ist wahlfrei. Daher kann solch ein Magnetstück auch relativ dick sein. Wenn

über die Grenze des Gitters wechselwirkende Elemente zu bewegen sind, so wird ihre Dicke so gewählt, dass die zur Begrenzung ausgeübten Anziehungskräfte nur so gross sind, dass sie von der Eingabeeinrichtung 38 (Fig.2), mit

509815/1 116

YO 9-72--063 - 72 -

der Elemente 32 in das Gitter hinein und aus ihm herausbewegt werden sollen, überwunden werden kann.

Gleichmässiqe Vorspannung im magnetischen Material Das Vorspannfeld H kann gleichmässig an das magnetische die Einzelwand-

domänen tragende Material angelegt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass

sich H, zum Wechselwirkungsfeld H, im Gitter addiert, sodass das effektive b ι

Vorspannfeld im Gitter grosser ist als ausserhalb des Gitters. Das Nettovor-" spannfeld im Gitter sollte nicht so gross sein, dass magnetische zylindrische Einzelwanddomänen im Gitter anfangen zusammenzubrechen. Das äussere Vorspannfeld H darf aber auch nicht so klein sein, dass die zylindrischen Einzelwanddomänen ausserhalb des Gitters in Streifendomänen auslaufen. Im allgemeinen wird H, so gewählt, dass die Einzelwanddomänen ausserhalb des

Gitters kurz vor der maximalen Domänengrösse stehen bevor sie in Streifen auslaufen, und der Betrieb innerhalb des Gitters nicht zu einem örtlichen Zusammenbrechen der Domänen führt.

Allgemein ist die angelegte Vorspannung H ungefähr gleich H +1/4(H -H),

H das schwächste magnetische Feld (Auslaufen) und H das stärkste magnetische Feld (Zusammenbrechen) ist,

50981 5/1116

YO 9-72- 063 _ ₇3 _

bei dem magnetische zylindrische Einzelwanddorncinen noch bestehen können, Für eine sehr dichte Packung im Gitter ist H ungefähr gleich II_ (dadurch kann H. im Gitter gross sein, ohne zu einem örtlichen Zusammenbruch von Domänen zu führen).

Mit einfachen Anordnungen lässt sich ein gleichmässiges Vorspannfeld im gesamten, die Einzelwanddomänen tragenden Material leicht erreichen. Ausserdem sind die Wechselwirkungskräfte F. zwischen den Domänen kleiner, wenn ein Vorspannfeld angelegt ist. Das wiederum erleichtert das Bewegen von Domänen in das Gitter hinein und aus dem Gitter heraus.

In Fig. 16A liegen im gesamten Bereich in der Nachbarschaft des Domänenmaterials 62 Permanentmagnete 112 und weich magnetische Jochstücke 114 (Permalloy). Die Jochstücke 114 schliessen den Pfad für den magnetischen Fluss der Magnete 112 und bewirken eine gleichmässige Verteilung der flächennormalen magnetischen Feldlinien im ganzen Material.

In Fig. 16B steht eine Austausch-gekoppelte Schicht 116 mit der gesamten Oberfläche des die Domänen tragenden Materials 62 in enger Berührung. Die Schicht 116 besteht aus magnetisch hartem Material und liefert ein gleichmässiges Vorspannfeld für das Material 62. Ein geeignetes Material für diese Austausch-

509815/1116

YO 9-72-063 - ?4 _

gekoppelte Schicht ist beispielsweise SmCo in Verbindung mit Orthoferritmaterial. Wenn das Einzelwanddomänenmaterial ein Granatiilm ist, kann als Austausch-gekoppelte Schicht ein sogenannter gesponnener Granatfilm verwendet werden, z.B. Gd.Fe 0 als Austausch-kopplermaterial auf Einzelwanddomanenfilmen aus (EuY) (GaFe) 0 .

O O Lit

In Fig. 16C umgibt eine stromführende Spule 118 das Einzelwanddomrnenmaterial 62 und erzeugt dadurch ein gleichmässiges magnetisches Vorspannfeld über dem Material 62.

Diese Vorspanneinrichtungen können in verschiedenen Kombinationen mit den oben dargestellten Einrichtungen verwendet werden und man kann so die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen im Gitterbereich 30 abgrenzen und auf diese Weise in einem wohldefinierten Bereich halten.

Magnetisehe Vorspannung innerhalb und ausserhalb des Gitterbereiches Wie bereits gesagt wurde, kann man verschiedene magnetische Vorspanneinrichtungen benutzen, wenn die wechselwirkenden Elemente 32 magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind. Das angelegte Vorspannfeld H '

509815/1116

YO 9-72-063 - 75 -

innerhalb des Gitters kann Null sein oder einen kleinen Wert haben (einschliesslich negativer Werte), während ausserhalb des Gitters das angelegte Vorspannfeld so eingestellt wird, dass die zylindrischen Einzelwanddomänen am Zerfliessen zu Streifendomänen gehindert werden. Allgemein muss ein Vorspannfeld ausserhalb des Gitterbereiches nur vorhanden sein, wenn Systemfunktionen wie Schreiben, Lesen etc. ausgeführt werden sollen. Ausserhalb des Gitterbereiches kann man grössere Vorspannielder anlegen als innerhalb des Gitterbereiches und man kann dazu verschiedene Einrichtungen verwenden. Die in Wechselwirkung stehenden Domänen innerhalb des Gitters spannen sich selbst gegenseitig vor und stabiliesieren sich auf diese Weise.

Die Figuren 17A und 17B zeigen für magnetische Vorspannfelder ausserhalb des Gitters geeignete Einrichtungen. In Fig. 17A ist dargestellt, wie auf dem magnetischen Medium 62 die Austausch-gekoppelten Schichten 120 aus magnetisch hartem Material liegen. Die Schichten 120 wirken so als Permanentmagnete und liefern eine Vorspannung in den Bereichen des magnetischen Materials 62 ausserhalb des Gitterbereiches 30 wie es oben im Zusammenhang mit Fig. 16B beschrieben wurde.

Eine andere geeignete Einrichtung für das Anlegen einer magnetischen Vorspannung ausserhalb des Gitters ist in Fig. 17B dargestellt. Das magnetische

509815/1116

YO 9-72-063 ' - 76 -

Material 62 ist von Permanentmagneten 112 umgeben. Ausserdem werden weichmagnetische Jochstücke 122 (Permalloy) zum Schliessen des Pfades für den Magnetfluss der Magnete 112 benutzt. Die Jochstücke 122 liegen ausserhalb des Bereiches 30, so dass ein angelegtes Vorspannfeld H nur ausserhalb und nicht innerhalb des Gitters vorhanden ist. In gewissen Teilen des Gitterbereiches kann ein Gradient des Feldes H, vorliegen. Dieser kann jedoch

für die Ausbildung von Begrenzungseinrichtungen benutzt werden. Auch wenn

das Feld H, etwas in den Gitterbereich 30 hineinreicht, ändert sich die b

Gitterkonstante a nicht wesentlich, wenn der Gradient nicht zu steil verläuft.

Ausser Austausch-gekoppelten Schichten und Permanentmagneten können auch stromführende Leiter zum Aufbau des H,-Feldes ausserhalb des Gitter-

bereiches benutzt werden. Der Entwurf für diesen Zweck geeigneter Leitermuster dürfte für Fachleute kein Problem sein.

Zugriff zu Elementen im Gitter

Wie im Zusammenhang mit den Figuren 1OA und 1OB erläutert wurde, werden wechselwirkende Elemente 32 im allgemeinen (aber nicht notwendigerweise) in den Gitterbereich hinein und aus ihm herausbewegt in Schritten, die

5 0 9 8 15/1116

YO 9-72-063 - 77 -

vollen Zeilen oder Spalten entsprechen. Für ein eindimensionales Gitter, das nur eine Zeile oder Spalte von Elementen enthält, braucht natürlich nur jeweils ein Element in das Gitter hinein oder aus dem Gitter herausbewegt zu werden.

Die zur Bewegung von wechselwirkenden Elementen in das Gitter hinein erforderliche Kraft überwindet die abstossende Kraft der miteinander in Wechselwirkung stehenden Elemente innerhalb des Gitters. Wenn keine Elemente im Gitter vorhanden sind, breiten sich die in das Gitter eingegebenen Elemente in einer Weise aus, wobei die Energie des Gitters möglichst ein Minimum wird. Deshalb werden wechselwirkende Elemente solange laufend in das Gitter geladen, bis eine Anzahl von Elementen erreicht ist, die ein regelmässiges Gitter mit einem gegebenen Gitterabstand a bildet. Es können z.B. m Spalten mit η Elementen in jeder Spalte in das Gitter gesetzt werden. Danach kann das Gitter gestört werden, wenn weitere Elemente eingegeben werden, um Fehllagen oder Leerstellen aus dem anfangs gebildeten Gitter zu entfernen. Das bedeutet, dass nach der ersten Bildung des vollständigen Gitters neue Zeilen oder Spalten von wechselwirkenden Elementen nur in das Gitter eingegeben werden, wenn gleichzeitig eine entsprechende Anzahl aus dem Gitter entnommer, wird. Damit wird sichergestellt, dass alle Fehllagen und Leerstellen den Gitterbereich bereits durchlaufen haben und aus ihm entfernt wurden. Dieser Vorgang

509815/1116

YO 9-72-063 - 78 -

kann einen oder mehrere Zyklen beanspruchen, in denen das Gitter vollständig umlaufen gelassen wird.

Eine andere Möglichkeit zur Erstellung eines Anfangsgitters aus magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen besteht darin, zuerst ein grosses magnetisches Feld in der Ebene anzulegen, um das magnetische Medium zu sättigen. Danach wird das Magnetfeld freigegeben, um eine dichte beliebige Anordnung von Einzelwanddomänen zu erhalten. Dann wird das Gitter magnetisch durch ein senkrecht zum magnetischen Material verlaufendes und zeitlich moduliertes vorspannendes Magnetfeld ausgeglichen, um so ein regelmässiges Gitter zu erhalten.

Bei einem anderen Verfahren werden magnetische zylindrische Einzelwanddo mänen in einer Schicht aus magnetischem Material an ausgewählten Stellen erzeugt, um ein Anfangsgitter zu erhalten. Ein Permanentmagnet mit einem Muster von Oeffnungen kann z.B. in unmittelbare" Nähe der Magnetschicht gebracht werden, nachdem diese auf eine Temperatur oberhalb der Curietemperatur T erhitzt wurde. Dadurch werden punktweise magnetische zylindrische c

Einzelwanddomänen in der Magenttafel an den Stellen erzeugt, die dem Lochmuster in Permanentmagneten entsprechen.

Bei einem anderen Verfahren zur Erstellung eines Anfangsgitters werden anfängliche Streifendomänen zu Einzeldomänen zerkleinert. Ein Muster aus Strei-

509815/1116

YO 9-72-063 - 79 -

fendomänen wird zunächst durch ein Magnetfeld in der Ebene zur Magnetschicht erzeugt. Die Streifendomänen werden dann so zerkleinert, dass man Reihen aus Einzelwanddomänen erhält. Zum Zerkleinern könnt jedes Gerät verwendet werden, das örtlich ein Magnetfeld ausreichender Stärke in einer Richtung senkrecht zur Magnetschicht erzeugt. Ein Aufzeichnungskopf kann ' beispielsweise über das Streifenmuster nacheinander so bewegt werden, dass dadurch die Streifen durchschnitten und Domänenreihen erzeugt werden.

Die zur Eingabe von Elementen in das Gitter oder zur Herausnahme aus dem Gitter erforderliche Kraft muss die Energiebarriere zwischen dem Gitter und dem Bereich ausserhalb des Gitters überwinden. Die Kraft hängt von dem Ausmass der Trennung zwischen den Elementen innerhalb und ausserhalb des Gitters ab und wird so gewählt, dass sie die Gittereigenschaften nicht wesentlich stört, d.h., die Eingabe- und Ausgabeoperationen deformieren das Gitter elastisch, das Ausmass der Deformation ist jedoch klein genug, damit das Gitter sich zu seiner anfänglichen Gleichförmigkeit entspannen kann, wenn die Kraft nicht mehr einwirkt.

Im Falle von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen wird der Gradient im Magnetfeld, der die Eingabekraft auf die einzugebenden Domänen liefern soll, so gewählt, dass diese Domänen nicht zusammenbrechen, be-

5 0 9 815/1116

YO 9-72-063 - 8Ü -

vor sie in das Gitter eingegeben werden können. Ausserdem können Domänen innerhalb des Gitters durch die Eingabeoperation Kräfte erfahren und diese Domänen dürfen dadurch nicht zusammenbrechen. Die Domänen im Gitter sind ja bekanntlich dem angelegten Vorspannfeld H₁ und dem Wechselwirkungsfeld

H. ausgesetzt und daher darf eine zusätzliche Kraft von dem zur Adressierung' von Domänen benutzten Magnetfeld an den bereits im Gitter befindlichen Domänen keine Kräfte erzeugen, die gröscer sind als diejenigen Kräfte, welche die Domänen zusammenbrechen lassen.

Im allgemeinen gilt:

H, das angelegte Vorspannfeld,
b

£ H das Treibmagnetfeld zur Adressierung von Domänen im Gitterbereich,'

H. das Wechselwirkungsfeld zwischen den zylindrischen Einzelwanddomänen

H das zum Zusammenbruch der zylindrischen Einzelwanddomänen führende

Magnetfeld ist.

509815/1 1 16

YO 9-72-063 -81-

Durch Umformung ergibt sich:

Aus diesen Gleichungen ist zu ersehen, warum ein Betrieb an der Verfliespgrenze der Einzelwanddomänen bei der Arbeit mit isolierten Einzelwanddomäneh · ausserhalb des Gitterbereiches bevorzugt wird.

Die Entfernung von wechselwirkenden Elementen aus dem Gitterbereich ist mit der Eingabeoperation zu vergleichen, bei der Elemente in den Gitterbereich hineinbewegt werden. Grundsätzlich ist nämlich die Entfernung oder Ausgabe der Elemente die Umkehrung der Eingabeoperation. Die Elemente innerhalb des Gitters werden dabei über die Energiebarriere hinwegbewegt, die den Gitterbereich begrenzt.

Für Domänen innerhalb des Gitters muss das auf sie einwirkende gesamte z-FeId H grosser sein als die Zerfliesskraft und kleiner als die Zusammenbruchskraft. Die zur Bewegung von Domänen benutzte Treibkraft ist der Gradient im z-Feld über den Einzelwanddomänen. Diese Kraft muss ausreichen, um die Koerzitivwirkungen zu überwinden. Das gesamte z-Feld H ist gegeben durch:

509815/1116

YO 9-72-063 - 82 -

H = angelegtes Feld

H , = Treibfeld und
d

H, = Wechselwirkungsfeld ist,

Wenn χ eine in Bewegungsrichtung einer Einzelwanddomäne gemessene Strecke und d dei Domänendurchmesser ist, dann braucht man eine auf eine Einzelwanddomäne wirkende Treibkraft

el {—*) > - H_c \ 0 χ / K

um die Domäne bewegen zu können. Bei einem gleichmässigen Feld sind

H, , b ⁼ 0. Die partielle Ableitung erzeugt immer Kräfte, die Domänen

aus dem Gitter treiben. Somit unterstützt die Entfernung von Einzelwanddomänen aus dem Gitter und verhindert die Injektion von solchen Domänen in das Gitter.

Mit gleichartigen Einrichtungen können wechselwirkende Elemente in das Gitter hinein und aus dem Gitter heraus bewegt werden/ Obwohl das Einschieben von Elementen in das Gitter und die Herausnahme von Elementen aus dem Gitter vorzugsweise mit verschiedenen Strukturen erfolgt, ist das nicht die einzig mögliche Betriebsart. Die Zeitfolge dieser beiden Operationen ist nicht

509815/1116

YO 9-72-063 - 83 -

kritisch und sie brauchen nicht gleichzeitig zu erfolgen. Eingabe und Ausgabeoperationen können jedoch zweckmässig zur selben Zeit erfolgen.

Wenn ein hinreichend grosses Gitter verwendet wird, kann man eine zusatz- ' liehe Spalte oder Zeile von wechselwirkenden Elementen im Gitter aufnehmen'. Wenn die Gitterkonstante bezw. der Abstand zwischen den Spalten oder Zeilen sich jedoch um mehr als 10% ändert, kann die Lage der Elemente im Gitter gestört werden, was im praktischen Betrieb unerwünscht ist. Solange die Gitterkonstante sich nicht nennenswert ändert, ist die Zeiteinteilung der Eingabe- und Ausgabeoperationen nicht kritisch. Die Zeiteinteilung ist im allgemeinen eine Funktion der Gittergrösse und der Bewegungselastizität der wechselwirkenden Elemente im Gitter. Es erfolgt nämlich nur .eine Gitterverschiebung (entweder um eine Spalte oder um eine Zeile) für viele Zeitzyklen der Elementenbewegung durch die Wirkung der Treibeinrichtungen ausserhalb des eigentlichen Gitterbereiches. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Elemente innerhalb des Gitters braucht demzufolge nicht allzu gross zu sein.

Abhängig von der Gittergrösse, der Koerzitivkraft etc. kann man eine Zeile oder Spalte von wechselwirkenden Elementen in das Gitter eingeben und die dadurch erzeugte Störung durch das Gitter übertragen, um eine Ausgabezeile oder Spalte von Elementen aus dem Gitter auszustossen. Die Grosse eines

.509815/1116

YO 9-72-063 - 84 -

Gitters, durch welches ausreichende Kräfte hindurch übertragen werden können, um eine Elementengruppe des Gitters auszustossen, ist durch Dämpfungsprozesse und Grossen wie die Koerzitivkraft des Materials (bei Verwendung von magnetischen Einzelwanddomänen) begrenzt. Die zur Ueberwindung der Dämpfung erforderliche Kraft sollte nicht so gross sein, dass sie zum Zusammenbruch der magnetischen Domänen an der Eingabeseite der Gitteranordnung führt.

■ψ

Durch die Dämpfung und die anderen erwähnten Grossen kann die im Gitter bei der Eingabe von Domänen in das Gitter ausgebreitete Kraft mit der Entfernung im Gitter abnehmen. Wenn die Eingabekraft so weit abgenommen hat, dass sie kleiner ist als die Koerzitivkraft in der Gleichung (1), wird die nächste Reihe von Domänen im Gitter nicht mehr bewegt, da die verbleibenden Kraft die Koerzitivkraft nicht überwinden kann, die eine Bewegung dieser Elemente verhindern will. Die Energie wird dann in einer Verzerrung des Gitters gespeichert.

Um die Anzahl von Reihen n, die durch die Eingabekraft bewegt werden können, abzuschätzen, ist zu berücksichtigen, dass der zur Ueberwindung der Koerzitivkraft einer einfachen isolierten Einzelwanddomäne erforderliche Gradient H /d

beträgt, wobei d der Domänendurchmesser ist.

5 0 9 8 15/1116

YO 9-72-063 - 85 -

2U1280

Wenn man jetzt annimmt, dass diese Einzelwanddomäne mit (n-1) anderen Domänen in Wechselwirkung steht, die alle in einer linearen Kette so liegen, dass sie sich alle gleichzeitig bewegen und wenn der Feldgradient ~~~ ist, der nur auf die erste Domäne der Kette einwirkt, dann muss sich sein Wert belaufen auf

f- = η H /d.
dx c

Die Gesamtdifferenz in IT über den Domänendurchmesser kann jedoch nicht den Wert (H -H) überschreiten, worin H das Zusammenbruchsfeld und H

\J Ct \J Lj

das Fliessfeld ist. Daher gilt:

dH H-H nHc.

dx d d

Somit wird

η ,,(H₀- H₂) /H_c

Fig. 18 zeigt eine Schnittansicht einer zur Abgrenzung von wechselwirkenden Elementen innerhalb eines Gitters und zur Bewegung dieser Elemente in den Gitterbereich hinein geeignete Einrichtung. In der Zeichnung sind diese wechselwirkenden Elemente 32 magnetische zylindrische Einzelwanddomänen, es könnten jedoch auch andere Arten von wechselwirkenden EJementen genauso gut benutzt werden. Ausserdem kann man mit der hier gezeigten Einrichtung Domänen auch aus einem Gitter entnehmen, indem man die zu beschreibende Operation umkehrt.

509815/1116

YO 9-72-063 ■ - 86 -

Das magnetische Material 62 trägt auf einer Oberfläche eine isolierende Distanzschicht 124, über der die Leiter 126 und 128 liegen. Die Distanzschicht gestaltet das von den Leitern 126 und 128 ausgehende Feld gleichförmiger, ist aber für den Betrieb nicht wesentlich. Strom im Leiter 126 erzeugt eine Begrenzungskraft für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen ' im Gitter. Ausserdem ist er Teil der Eingabeeinrichtung 38 (Fig. 6), mit dem Domänen in die Gitteranordnung injiziert werden. Das Gitter 30 umfasst in dieser Zeichnung einen Bereich des magnetischen Mediums 62 links vom Leitef 126. Die Figuren J9A - 19E zeigen die Arbeitsweise der Eingabeeinrichtung 38 bei der Bewegung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen in das Gitter hinein. Aus diesen Zeichnungen ist zu erkannen, dass die Umkehrung von Strompolaritäten in den Leitern 126 und 128 Domänen 32 in entgegengesetzter Richtung bewegt und dadurch Domänen aus dem Gitter 30 ausgibt. (Da die Figur 18 und die Figuren 19A - 19E relativ zueinander gedreht sind, entspricht die Aufwärtsbewegung der Domänen 32 in-den Figuren 19A - 19E einer Bewegung in den Gitterbereich hinein.)

In den Figuren 18, 19A - 19E sind die Domänen innerhalb des Gitterbereiches

mit 32A bezeichnet und die in den Gitterbereich hineinzubewegenden Domänen mit 32B und 32C. In den Gitterbereich können gleichzeitig mehrere Domänen eingegeben oder aus ihm entnommen werden. Fig. 19A zeigt z.B. die Domänen 32A und 32A¹ im Gitter und die Domänen 32B und 32B' in gemeinsamer Bewegung.

509815/1116

YO 9-72-063 - 87 -

Auch die Domänen 32C und 32C bewegen sich gemeinsam. Die zweite Domänenreihe (32A¹, 32B¹, 32C) ist in den Figuren 19B - 19E der Einfachheit halber nicht mit dargestellt. Die Stromimpulse in den Leitern 126 und 128 sind mit I und I bezeichnet und die Bewegungsrichtung der Domänen wird durch den Pfeil 130 angezeigt.

Um die in den Figuren 19A bis 19E gezeigte Bewegung der Domänen besser verstehen zu können, wird auf Fig 14E und die zugehörige Beschreibung verwiesen. Ströme in den Leitern 126 und 128 erzeugen auf die Domänen wirkende Magnetfeldgradienten, durch welche die Domänen in der gewünschten Richtung bewegt werden. Ausserdem können die Domänen aufeinaner Wechselwirkungskräfte ausüben, die ebenfalls die Bewegung in der gewünschten Richtung unterstützen. ·

Fig. 19A zeigt die Lage der Domänen 32A, 32B und 32 Czur Zeit T=O, wenn die Ströme I und I in den Leitern 126 und 128 fliessen. Zu diesem Zeitpunkt steht die Domäne 32A an der linken Kante (oben) des Leiters 126 in einer Position, die an die Domänen im Gitterbereich angrenzt. Zur Zeit T=I fliessen immer noch die Ströme I, und I„ in den Leitern 126 bzw. 128 und erzeugen ein kombiniertes Magnetfeld zwischen den beiden Leitern, wodurch sich die Domäne 32B in der Mitte zwischen den Leitern zentriert. Die Bewegung der Domäne 32B übt eine abstossende Kraft aus die Domäne 32A aus, so dass

509815/1116

YO 9-72-063 - 88 -

diese sich in das Gradientenfeld ausserhalb (oberhalb) des Leiters 126 bewegt. Dieses Gradientenfeld lässt die Domäne 32Λ weiter in das Gitter hineinwandern.

Zur Zeit Ί = 2 (Fig. 19C) wird der Strom I umgekehrt und die Domäne 32C bewegt sich durch das durch den Strom I₉ im Leiter 128 erzeugte anziehende Gradientenfeld noch oben. Dadurch wird eine Wechselwirkungskraft auf die Domäne 32B ausgeübt, die diese sich teilweise unter den Leiter 126 bewegen lässt. Gleichzeitig bewegt sich die Domäne 32A weiter in den Gitterbereich hinein infolge des durch den Strom I im Leiter 126 erzeugten Gradientenfeldes.

Figur 19D zeigt die Lage der Domänen zur Zeit T = 3. Die Richtung des Stromes I wurde umgekehrt und dadurch ein anziehendes Gradientenmagnetfeld für die Domäne 32B geschaffen. Wenn sich die Domäne 32C weiter unter den Leiter 128 bewegt duch die abstossende Krait von der ihr folgenden Domäne (nicht dargestellt), veranlasst sie die Domäne 32B zu einer Bewegung in den anziehenden Graienten hinein, der durch den Strom I im Leiter 126 er-

zeugt wird. Somit bewegt sich die Domäne 32B unter dem Leiter 126 in eine Position auf der Mitte der. Oberkante dieses Leiters ( Fig. 19D).

50981 5/1116

YO 9-72-063 -8S-

Fig. 19E zeigt die Lage der Domänen 32 zur Zeit T = 4. Die Richtung des Stromes I wurde wieder umgekehrt und der Strom I fliesst in derselben Richtung. Die Domäne 32C erfährt jetzt eine Anziehungskraft, durch die sie in Richtung des Pfeiles 130 gezogen wird und bewegt sich in eine Lage unter der Oberkante des Leiters 128. Die Domänen 32B und 32C erfahren keine Schubkraft von der Domäne 32C oder ein Gradientenmagnetfeld, so dass sie ungefähr in derselben Lage bleiben. Diese Positionen entsprechen der Lage d'er Domänen 32A und 32B in den Figuren 18 und 19A, d.h.-, die Situation zur Zeit T = 0 ist wiederhergestellt. Während des nächsten Operationszyklus wird eine weitere Domänenreihe in gleicher Weise in den Gitterbereich eingegeben.

Anschliessend werden Betriebswerte als Beispiel für die anhand der Figuren 18 und 19A - 19E beschriebene Adressieroperation gegeben. Zylindrische Einzelwanddomänen mit dem Durchmesser d können als wechselwirkende Elemente 32 zur Bewegung in einen Gitterbereich durch Leiter benutzt werden, deren Breite ungefähr a /2, deren Mittenabstand etwa a und deren Dicke etwa 1/2 bis 1 Mikron beträgt. Die Stromamplituden in diesen Leitern liegen zwischen 30 und 50 Miliampere und die Impulsdauer dieser Ströme etwa bei 0,5 Mikro-

Sekunden. Diese Werte erzeugen Magentfelder, die zur Ueberwindung der Koerzitivkraft des magnetischen Mediums ausreichen.

509815/1116

YO 9-72-063 -90-

Fig. 2 0 zeigt eine andere Anordnung, die als Eingabeeinrichtung 38 für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen geeignet ist, welche als wechselwirkende Elemente 32 in der Gitteranordnung 30 verwendet werden.

Die magnetische Schicht 62 ist mit einem Isolierüberzug 124 versehen, auf dem die Leiter 126 und 128 angeordnet sind. Das magnetische Medium 62 hat eine Vertiefung 132, die als Begrenzungseinrichtung für die magnetischen Einzelwanddomänen 32 innerhalb des Gitterbereiches 30'dient. Demzufolge laufen in den Gitterbereich 30 eingegebene oder aus ihm ausgegebene Domänen unter der Rille oder Vertiefung 132 hindurch und haben während dieses Durchgangs unter der Rille eine reduzierte Höhe. Die Rille kann eine Vertiefung in der Oberfläche des Materials. 62 oder ein magnetisch veränderter Bereich im Material 62 sein. Wie oben erwähnt, lässt sich das durch solche Verfahren wie Implantation von Jonen oder Diffusion von geeigneten Dotierstoffen erreichen.

Eie Eingabeeinrichtung 38 in Fig. 20 arbeitet gleichartig, wie es für die Figuren 18 und 19A - 19E beschrieben wurde, d.h., entsprechend gelenkte Ströme in den Leitern 126 und 128 bewegen die Domänen 32' in den Gitterbereich 30 hinein. Wenn die Polarität dieser Strornfolgen umgekehrt wird, werden die Domänen 32 im Gitter nach rechts aus dem Gitterbereich herausbewegt.

509815/1116

YO 9-72-063 - 91 -

Fig. 21 stellt, eine Anordnung dar, mit der magnetische zylindrische Einzelwnddomänen 32 in den Gitterbereich 3 0 hinein und herausbewegt werden und erläutert so das Prinzip der Adressierung bezw. des Zugriffs zu den Domänen im Gitter. Der Gitterbereich 30 ist zur Illustration als reguläres Gitter dargestellt, welches durch eine Begenzungseinrichtung 34 abgeschlossen ist. Diese ist in diesem Fall eine von Strömen in den angegebenen Richtungen durchflossene Leiteranordnung. Die Domänen 32 werden in Reihen gleichzeitig in das Gitter hinein und aus ihm heraus mit denselben relativen Lagen zueinander bewegt. Die Erhaltung der Information während der Bewegung der Domänen durch das System ist dadurch gesichert.

In der Zeichnung liegen drei Leiter A, B und C oberhalb des Gitters, entsprechende Leiter A¹, B¹ und C¹ liegen unterhalb des Gitters 30. Der Kanal zwischen den Leitern A und B ist schraffiert dargestellt, um anzudeuten, dass dieser Kanal ein Schieberegister SR zur Bewegung von Domänen im Kan vor ihrem Eintritt in den Gitterbereich oder vor ihem Austritt aus dem Gitterbereich ist. In gleicher Weise definiert der Kanal zwischen den Leitern A¹ und B¹ ein weiteres Schieberegister SR, in dem die Domänen vor oder nach der Adressierung bewegt werden können.

509815/1 1 16

YO 9-72-Π63 - 92 -

Die Figuren 22A bis 22G veranschaulichen die Operationen zur Injektion von Domänen in das Gitter 3 0 hinein und zum Entfernen der Domänen aus dem Gitter heraus. Meherere Zeitzyklen T = 1,2,..., 7 sind dargestellt, in denen die Stromrichtungen in den Leitern Α,Β,Ο,Α',Β', und C durch die Pfeilspitzen an den Leitern angegeben sind.

Zur Zeit T = I (Fig. 22A) wird beispielsweise die Domäne 32 in das Gitter 30 injiziert, während die Domäne 32' aus dem Gitter 30 entnommen wird. Ströme fliessen in den Leitern A und B sowie A' und C' in der durch die Pfeile angegebenen Richtung.

Zur Zeit T = 2 (Fig. 22B) fliesst im Leiter C und im Leiter A ein Strom. Dadurch wird die Domäne 32 an die Kante des Leiters C bewegt. Während der Zeit T = 2 fliesst Strom in den Leitern A' und C' und somit bewegt sich die Domäne 32" an die Unterkante des Leiters C.

Die Figuren 22C und 22D zeigen die nächste Impulsfolge in den Leitern. Diese Impulse erzeugen magnetische Felder, welche die Domäne 32 in das Gitter hinein und die Domäne 32' aus dem Gitter heraus in den Schieberegisterbereich zwischen den Leitern A¹ und B' bewegen. Die Reihe der Figuren 22A bis 22D zeigt somit die Injektion einer Domäne32 in den Gitterbereich 30 hi-

50981 5/1116

YO P-72-063 - 93 -

nein und das Ausstossen der Domäne 32" aus dem Gitterbereich 30 heraus.

Die Reihe der Figuren 22E - 22G zeigt zusammen mit der wiederholten Fig. 22D die umgekehrte Operation der in der Fig. 21 dargestellten Anordnung. In diesen Figuren ist die Domäne 32 aus einer Lage innerhalb des Gitters 30 in den Schieberegisterbereich SR zwischen den Leitern A und B zu bewegen. Die Domäne 32 ist ausserdem aus dem Schieberegisterbereich SR zwischen den Leitern A¹ und B¹ in eine Position in das Gitter 30 zu bewegen. Die Opera-

•f

tionsfolge in den Zeitabschnitten T = 4 bis Ϊ = 7 einschliesslich ist in diesen Figuren dargestellt und durch die vorhergehende Beschreibung leicht zu verstehen.

Bei der Beschreibung der Figuren 21 und 22A - 22G wurde vorausgesetzt, dass die wechselwirkenden Elemente 32 magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind. Diese Anordnung kann jedoch mit jeder Art von wechselwirekenden Eiementen angewandt werden und zeigt die Bewegung solcher Elemente in den Gitterbereich 30 hinein und aus ihm heraus. Die Arbeitsweise der in Fig. 21 darge stellten Anordnung wurde für den Sonderfall beschrieben, in dem die wechsel-

wirkenden Elemente 32 magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind. Die in den Figuren 22A bis 22G dargestellte Arbeitsweise wurde beispielswiese an einem Einzelwanddomänen-Granatfilm der Zusammensetzung Y _Qr^Eu _n κς

, 2 , «30 U , OO

^Ga l,08^Fe3,92 12 demonstriert, der aus der flüssigen Phase auf einem geeig-

50981 5/1116

YO 9-72-063 - 94 --

neten Substrat epitaktisch aufgewachsen wurde. Der Film hatte eine Dicke von 4,8 Mikron und der Durchmesser der Einzelwanddomänen betrug etwa 5 Mikron. Ein gleichmässiges Vorspannfeld H von ungefähr 80 Oe lag über

dem ganzen Film. Die Leiter A, B, C, A¹, B¹ und C waren 4 Mikron breit und 1,5 Mikron dick. Ein Strom von 20 Milliampere floss durch die Begrenzungs- * einrichtung 34 . Die Amplituden der durch die Uebertragungsleiter A , B, C, A¹, B' und C fliessenden Ströme waren folgende. Der Strom in den Leitern B, C,B¹, C hatte Amplituden von 50 Milliampere. Der Strom in den Leitern A und A¹ hatte Aplituden von 2 5 Milliampere. Die Magnetisierung der Domänen war aus der Zeichenebene heraus nach oben gerichtet. Die Abmessungen der Gitteranordnung und der Abstand zwischen den Leitern sind in der Fig. 21 angegeben.

Die Impulsdauer für die Bewegung der Domänen ist nicht kritisch und hängt davon ab, wie schnell sich die Domänen im magnetischen Material bewegen. Impulse von einer Dauer von etwa 0, 3 Mikrosekunden oder mehr sind z.B. für viele Materialen aus Eisengranaten mit seltenen Erden geeignet.

Die in den magnetischen Materialien vorhandene Koerzitivkraft setzt der Bewegung der zylindrischen Einzelwanddomänen einen gewissen Wiederstand entgegen. Um diese Koerzitivkräfte im Material zu überwinden und dadurch beweglichere zylindrische Einzelwanddomänen zu erhalten, gibt es verschie-

50981 5/1116.

YO 9-72-063 . - 95 -

dene Verfahren. Insbesondere wird dadurch der Wert η der Anzahl von Einzelwanddomänen, die durch eine Eingangskraft bewegt werden, erhöht. Die Figuren 23 und 24 deuten solche Verfahren an, mit denen die Bewegung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen unterstützt werden kann.

In Fig. 23 ist das magnetische Medium 62 von einer stromführenden Spule 134 umgeben. In der Spule 134 werden Stromimpulse erzeugt, die ein Wechselvorspannfeld im wesentlichen.parallel zur leichten Magnetisierungsachse im magnetischen Medium 62 erzeugen. Bei Bedarf kann an die Spule 134 auch gepulster Gleichstrom oder gleichgerichteter Wechselstrom angelegt werden. Diese Stromimpulse in der Spule 134 erzeugen ein Magnetfeld, welches die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen im Material 62 schwingen lässt, ohne sie zusammenbrechen zu lassen. Die Schwingungen der Domänen erleichtern ihnen das Einnehmen der Konfiguration minimaler Energie, d.h. der Struktur eines regulären hexagonalen Gitters.

Das schwingende Vorspannfeld hat ungefähr dieselbe Kraft wie die Koerzitivkraft in der oben erläuterten Kraftgleichung (l). Das bedeutet, die auf die zylindrischen Einzelwanddomänen durch das schwingende Feld ausgeübte Kraft reicht aus, um die Koerzitivkraft zu überwinden und eine kleine periodische Veränderung im Durchmesser der Domäen hervorzurufen. Ein schwingendes

509815/1116

YO 9-72-063 . - 96 -

Feld, dessen Amplitude ungefähr H ist, reicht aus. Das Wechselvorspann-

feld wird allgemein so eingerichtet, dass es über dem gesaintenGitterbereich gleichförmig wirkt.

Fig. 24 deutet eine andere Methode zur leichteren Bewegung von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen im magnetischen Material 62 an. Eine Einrichtung dieser Art eignet sich insbesondere zur Unterstützung der Bewegung von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen im Gitterbereich 30.

Im einzelnen besteht eine solche "Fegeeinrichtung" aus mindestens einem Leiter, wie dem Leiter 136 und/oder 138, der im allgemeinen mindestens so breit ist wie der Domänendurchmesser, aber auch bis zu mehreren Domänendurchmessern reichen kann. Der durch diesen Leiter fliessende Strom I erzeugt

Magnetfelder, welche die Bewegung der Domänen 32 im magnetischen Medium 62 unterstützen. Die durch den Strom I aufgebauten Magnetfelder brechen den Gitterbereich in kleinere Teile auf, so dass die Domänen in diesen Teilen sich leichter bewegen. Das durch die Leiter 136 und 138 erzeugte grösste magnetische Feld darf selbstverständlich nicht so gross sein, dass dadurch irgend

welche Einzelwanddomänen im Gitter zusammenbrechen. Ein magnetisches Feld mit ungefähr der gleichen Stärke wie das Magnetfeld zur Injektion von Domänen in das Gitter reicht aus. Im allgemeinen gelten für die von den Leitern 136 und

50981 5/1116

YO 9-72-063 - 97 -

138 erzeugten Magnetfelder dieselben Grenzwerte, die oben genannt wurden, d.h., die Magnetfelder sollten nicht zu schwereren Störungen im Gitter führen (um die Information in den richtigen relativen Lagen zu haiton) oder gar zu einem Zusammenbruch von Domänen im Gitter.

Die bisher gegebene Beschreibung für den Zugriff zur Information durch die Eingabe in den Gitterbereich und die Entnahme aus dem Gitterbereich gi'lt allgemein für jede Art von wechselwirkenden Elementen 32. Bei der Betrachtung des Vorspannfeldes zur Veränderung der Durchmessergrösse ist die Beschreibung auf magnetische zylindrische Einzelwanddomänen gerichtet. Die auf die zur Bewegung von wechselwirkenden Elementen erforderlichen Kräfte gerichteten Methoden und die für eine derartige Bewegung dieser Elemente vorgesehenen Anordnungen können jedoch auch mit anderen Arten von wechseiwirkenden Elementen benutzt werden. Eine Einrichtung, wie sie in Fig. 24 dargestellt ist, kann mit jeder Art von magnetischen wechselwirkenden Elementen benutzt und entsprechend modifiziert werden.

YO 9-72-063 - 98 -

509815/1 1 16

Uebertragung: is ο Ii er te _EJ_e meirte_ - wechselwirkende Elemente Dieser Abschnitt befasst sich insbesondere mit der Bewegung von wechselwirkenden Elementen in das Gitter hinein und aus dem Gitter heraus in einer Weise, welche die Aenderung der Wechselwirkungskraft zwischen den Elementen berücksichtigt. Insbesondere werden Probleme besprochen, die mit der Verwendung von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen als wechselwirkenden Elemente zusammenhängen. Operationen an Einzelwanddomänen ausserhalb des Gitterbereiches können beispielsweise fordern, dass diese Einzelwanddomänen isoliert sind, d.h., in dem Sinne isoliert, dass Wechselwirkungen zwischen den Domänen ihre relative Lage zueinander nicht wesentlich beeinflussen. Im Gegensatz dazu haben Einzelwanddomänen innerhalb des Gitters Positionen, die im wesentlichen durch die zwischen ihnen vorhandenen Wechselwirkungskräfte bestimmt sind.

Ein anderes zu den zylindrischen Einzelwanddömänen gehörendes Problem sind die Auswirkungen eines Vorspannfeldes auf wechselwirkende Elemente innerhalb des Gitters. Wie bereits gesagt wurde, erhöht ausserhalb des Gitters das angelegte Vorspannfeld H im allgemeinen die Tendenz zur Ausbildung von isolierten Einzelwanddomänen, während innerhalb des Gitters die wirksame Vorspannung geringer ist, weil eine wechselwirkende magnetische Feldvorspannung H. durch die Einzelwanddomänen selbst vorhanden

509815/1116

YO. 9-72-063 - 99 - .

./go .

ist. Ein glcichrnässiges Vorspannfeld kann über dem ganzen magnetischen Medium angelegt werden. Auch kann aus serhalb des Gitterbereiches ein grösseres Vorspannfeld H angelegt werden als innerhalb des Gitterbereiches, so dass das Nettovorspannfeld H = H + H. ungefähr gleichmässig über dem ■ ganzen magnetischen Material ist.

Um wechselwirkende Elemente aus isolierten Positionen in andere Positionen zu bewegen, in denen sie in starker Wechselwirkung zueinander stehen, können verschiedene Einrichtungen vorgesehen werden. Die Fign. 25 und 26 erläutern eine Einrichtung, die geometrisch Domänen einfächert und ausfächert.

Die Fig. 25 zeigt das Prinzip.. Die Domänen 32 haben z.B. einen Abstand 4d, wenn sie noch voneinander isoliert sind. Diese sind in den Gitterbereich 30 zu bringen, wo ihr Abstand nur noch ungefähr 2 d beträgt. Die erforderliche Gesamtkraft, um Domänen 32 aus isolierten Positionen in Positionen innerhalb des Gitters zu bringen, ist ungefähr gleich der erforderlichen Kraft, um die auftretenden Grenzkräfte zu überwinden, wenn Domänen in das Gitter hinein gegeben oder aus dem Gitter heraus gegeben werden. Der Uebergang von der isolierten Lage in der Wechselwirkung unterliegende.Lagen erfolgt jedoch über eine längere Strecke S, so dass die Aenderung mehr schrittweise erfolgt und die auf die Domänen wirkenden Haltekräfte bei deren Bewegung über die

509815/1116

YO 9-72-063 - 100 -

2U128U -/Ό/ι .

Strecke S nur Bruchteile der Kräfte sind, die zur unmittelbaren Eingabe der Domänen in den Gitterbereich hinein erforderlich wären. Diese Strecke S wird willkürlich gewählt und nur durch die gewünschte Sanftheit des Oeberganges bestimmt.

Wenn magnetische zylindrische Einzelwanddomänen als wechselwirkende Elemente benutzt werden, ändert sich ihre Grosso bei ihrer Bewegung zum

Gitter 3 0 hin, wenn nicht das Netto-Vorspannfeld H relativ konstant bleibt. '

Eig. 26 zeigt den Verlauf magnetischer Felder, die diesem Zustand nahekommen.

Das angelegte Vorspannfeld H₁ nimmt längs des Weges ab, je dichter die

Einzelwanddomänen an den Gitterbereich herankommen. Dadurch wird die Zunahme des wechselwirkenden magnetischen Vorspannfeldes II. kompensiert, welche dadurch bedingt ist, dass die Domänen bei ihrer Bewegung zum Gitter hin immer dichter zusammenkommen. Bei Bedarf kann man ein angelegtes Vorspannfeld H, im Bereich ausserhalb des Gitters vorsehen, so lange das Nettob

Vorspannfeld an den Domänen nicht gross genug ist, um Domänen zusammenbrechen zu lassen. Das Vorspannfeld kann auch gross genug sein, um ein Verfliessen der Domänen in Streifendomänen zu verhindern, wenn sie den grösstmöglichen Abstand voneinander haben, d.h. isolierte Domänen sind.

509815/1116

YO 9-72-063 - 101 -

Ausserhalb des Gitterbereiches kann man ein Feld H, mittels verschiedener

Einrichtungen vorsehen. Eine davon besteht aus Permanentmagneten und magnetisch weichen Elementen, wobei der Abstand der magnetisch weichen Elemente vom Einzelwanddomänenmaterial grosser wird, je mehr man sich dem Gitterbereich 30 nähert. Eine andere geeignete Einrichtung kann einen Permanentmagneten mit variiernder Dicke verwenden. Eine weitere Einrichtung benutzt Leiter, die den Richtungen der Domänen zum Gitter folgen, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 27 beschrieben sind.

Diese Prinzipien gelten für jede Art von wechselwirkenden Elementen 32. Wenn sich die Elemente dem Gitterbereich nähern, kommen sie dichter zusammen und ihre Wechselwirkungskräfte nehmen zu. Daher muss eine Einrichtung vorgesehen werden, um sie innerhalb des eingeschränkten Bereiches abzugrenzen, während sie sich zum Gitter hin bewegen. Diese Begrenzungskraft ist ähnlich der Begrenzungskraft, die ausgeübt werden muss, um das Gitter aufrechtzuerhalten.

Im Idealfall haben die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen einen

solchen Durchmesser, dass sie im magnetischen Medium weder zusammenbrechen noch zerfliessen. Fig. 26 zeigt den Verlauf eines Vorspannfeldes, womit dies erreicht wird. Das angelegte Vorspannfeld H, ist ausserhalb des Gitter-

509815/1116

YO 9-72-063 - 102 - '

bereiches gross und innerhalb des Gitterbereiches "klein, während das Wechselwirkungsvorspannfeld H, ausserhalb des Gitterbereiches klein und innerhalb des Gitterbereiches gross ist. Die Kombination von H. und H liegt daher über dem ganzen magnetischen Medium zwischen akzeptablen Werten.

Die Tig. 2 7 zeigt eine Einrichtung zum Bewegen von Domänen aus einer Schreibeinrichtung 36 in einen Gitterbereich 30 hinein und aus dem Gitterbereich 30 heraus in eine Leseeinrichtung 42. Die Eingabeeinrichtung 38 und die Ausgabeeinrichtung 40 arbeiten mit Leiteranordnungen und können z.B. die im vorigen Abschnitt beschriebenen Einrichtungen sein.

Im einzelnen ist ein geometrisches Einfachem und Ausfächem vorgesehen, bei dem die Domänen 32 sich von links in dem Gitterbereich 30 hinein und dann nach rechts in die Leseeinrichtung 42 bewegen. Domänen 32 bewegen sich von der Schreibeinrichtung 36 her in Richtung der Pfeile 140 unter Einwirkung der Treibstruktur, die hier zur Illustration als aus weichmagnetischen T-Balken und I-Balken 142 bestehend dargestellt ist. In diesem Bereich sind die zylindrischen Einzelwanddomänen isolierte Domänen und es ist deshalb ein angelegtes Vorspannfeld H, vorgesehen. Ein zwangsläufiges Bewegen von

isolierten Domänen mittels einer Struktur 142 ist an sich bekannt. Es wird

509815/1116

YO 9-72-063 _ ₁₀₃ _

dazu ein rotierendes treibendes Magnetfeld in der Schichtebene vorgesehen. In Fig. 27 ist zur Vereinfachung der Darstellung die Schicht des magnetischen Materials 62 nicht eingezeichnet.

Die in der äussersten rechten Polposition der T-Balken 144 ankommenden Domänen 32 sind noch durch einen Abstand 4d voneinander .getrennt und jetzt für eine schrittweise Bewegung zu dichter werdender Packung bereit, um damit Zugang zum Gitterbereich 30 zu bekommen. Die hierfür benötigte Einrichtung besteht aus den Treibleitern Pl, P2, P3, P4, P5 und P6. Der Leiter P6 kann auch Teil der Begrenzungseinrichtung für die Gitteranordnung und ebenso Teil der Eingabeeinrichtung 38 zum Bewegen der Domänen 32 in den Gitterbereich 30 sein. Diese Einrichtungen und ihre Arbeitsweise wurden oben beschrieben. Die Treibeinrichtung besitzt auch eine Einrichtung 146, mit welcher die Domänen bei ihrer Bewegung zum Gitterbereich 30 hin auf ihrer Bahn gehalten werden. Im Falle von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen wird diese Einrichtung 146 einfach durch Rillen im magnetischen Material oder durch Bereiche mit Ionenimplantation gebildet, wodurch definierte Kanäle zum weitern Leiten der Domänen in Richtung auf den Gitterbereich hin geschaffen werden.

509815/1116

YO 9-/2-063 - 104 -

Mittels einer Begrenzungseinrichtung 34 wird die Form des Gitters 30 aufrechterhalten und es werden Begrenzungskräfte längs der Einfacher- und Ausfächereinrichtungen ausgeübt. Die Einrichtung 34 wird am besten durch Leiter gebildet, welche Ströme in der durch die Pfeile an den Leitern angegebenen Richtung führen.

Das Bewegen von Domänen zum Gitterbereich hin erfolgt durch sequentielle Stromimpulse in den Leitern Pl bis P6. Die Bewegung der Domänen erfolgt in der : Weise, wie es oben anhand der Fign. 19A bis 19E erläutert wurde. Die Leitka- , naleinrichtung 146 stellt sicher, dass die Domänen auf der entsprechenden Bahn bleiben, auch wenn sie dichter an das Gitter herangeführt werden und nicht sich trennen, um die bei ihrer Annäherung an das Gitter zunehmenden Wechselwirkungskräfte auszugleichen zu suchen. Die durch Ue Ströme in den Leitern 34 aufgebrachten Begrenzungskräfte können jedoch gegebenenfalls auch die relativen Lagen der wechselwirkenden Domänen untereinander aufrecht ^: erhalten, so dass die Einrichtung 146 nicht notwendig ist. In diesem Falle verhindern nämlich bereits die Ströme in den Leitern Pl bis P6 eine Bewegung der Domänen vom Gitterbereich weg und bewegen so zusammen mit den durch die Ströme in den Leitern 34 entwickelten Kräften die Domänen aus den isolierten Positionen (Abstand = 4d) in Wechselwirkungspositionen (Abstand = 2d) am Eingangsbereich des Gitters. Zu diesem Zeitpunkt gibt die Eingabeeinrichtung

50981 5/1116

YO 9-72-063 - 105 - . '

38 eine Reihe von Domänen 32 in den Gitterbereich in der oben beschriebenen Art ein.

Die Ausgabe aus dem Gitter erfolgt ganz ähnlich wie die Eingabe. Die Ausgabeeinrichtung 40 arbeitet wie oben beschrieben, und die Leiter zum Transport der Domänen 32 aus dem Gitterbereich heraus in Positionen, Wo sie wieder voneinander isoliert sind, sind mit P¹I, P'2, P'3, P'4, P'5 und P'6 bezeichnet. Auch hier kann man mittels der Einrichtung 146 die Domänen 42 bei ihrer Bewegung vom Gitter 30 weg kanalisieren.

Wenn die Domänen 32 die linken Polpositionen der T-Balken 148 erreichen, haben sie voneinander wieder einen Abstand von ungefähr 4d und können dann als isolierte Domänen in Richtung der Pfeile 150 mit der Leiteinrichtung 152 nach rechts weiter transportiert werden.

Durch die Treib-und Leiteinrichtung 152 bewegte Domänen 32, welche Information tragen, können in die Leseeinrichtung 42 gebracht werden, um ihre physikalischen Eigenschaften abzufühlen.

Wie auf der Eingabeseite des Gitters wird auch hier ein angelegtes Vorspannfeld H, verwendet, wenn die wechselwirkenden Elemente magnetische b

509815/1116

YO 9-72-063 - 106 -

zylindrische Einzelwanddomänen sind. Dann gelten dieselben Ueberlegungen wie oben.

In Fig. 28 ist schematisch und in Fig. 29 im einzelnen eine andere Einrichtung zum Bewegen von Domänen aus dem Gitterbereich 30 in die Leseeinrichtung oder aus der Schreibeinrichtung 36 in den Gitterbereich 30 dargestellt. Die Fign. 30 und 31 zeigen die Reihenfolge der an die Leiter der Fig. 29 angelegt' Ströme zum Bewegen der Domänen, während Fig. 31 die Lage einzelner Domänen zu den Zeitpunkten zeigt, die dem Anlegen der verschiedenen Stromimpulse entsprechen.

Fig. 28 zeigt in einem Blockdiagramm die umkehrbare Arbeitsweise der in Fig. 29 wiedergegebenen Einrichtung. Sie besteht im wesentlichen aus dem Gitter 30, einem Uebertragungsregister 154, einem Schieberegister 156, der Schreibeinrichtung 36 und der Leseeinrichtung 42. Information kann von der Schreibeinrichtung 36 zum Register 156 und dann zum Uebertragungsregister fliessen, bevor sie in das Gitter 30 gelangt. Domänen 32 können sich ausserder; vom Gitter 30 in das Uebertragungsregister 154 und dann in das Schieberegister 156 und schliesslich in die Leseeinrichtung 42 bewegen. Abhängig von der Reihenfolge der angelegten Stromimpulse erhält man somit in den Registern und 156 Bewegung der Domänen 32 in beiden Richtungen.

509815/1116

YO 9-72-063 - 107 -

Das Schieberegister 156 enthält m Bitpositionen, wobei das Register mit m/2 Domänen geladen wird. Hierbei handelt es sich um isolierte Domänen, bei denen die Wechselwirkungen minimal sind. Der Abstand zwischen den Domänen beträgt hier illustrativ 4d und die Gesamtbreite ist daher 2dm. Andere Abstände könnten ebenfalls verwendet werden.

Das Uebertragungsregister 154 enthält zwei Stufen, welche das Schieberegister 156 und das Gitter 30 miteinander verbinden. In der am dichtesten am Gitter liegenden Stufe enthält das Uebertragungsregister 154 m Domänen mit einem gegenseitigen Abstand von 2d, während die zweite Stufe m/2 isolierte Domänen mit einem gegenseitigen Abstand von 4 d enthält. Das Schieberegister 156 enthält m/2 isolierte Domänen mit einem Abstand von 4d, d.h., jede zweite Bitposition ist im Register 156 mit Domänen gefüllt.

Fig. 29 zeigt schematisch den Aufbau des Uebertragungsregisters 154 und des Schieberegisters 156. Das Gitter 30 enthält Domänen 32 innerhalb der Begrenungseinrichtung 34. Die Domänen im Gitter sind mit den kleinen Buchstaben a, b, c, ..., η, ο, ρ bezeichnet. Das Uebertragungsregister 154 enthält mehrere Leiter A, B, C und D^ wobei zur Definition von möglichen Lagen, welche die Domänen einnehmen können, die Bezeichnungen 1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 5.3, 6.1, 6.2, 7.1, 7.2, 7.3,

509815/1116

YO 9-72-063 . . - 108 -

2U1280

8.1, und 8.2 verwendet werden. Diese Permalloyflecken können auch durch Vertiefungen oder durch Bereiche mit Ionenimplantation im magnetischen Material 62 ersetzt werden. Ihre einzige Funktion besteht in der Bereitstellung bevorzugter Stellen zur Abgrenzung der Bahnen, denen die Domänen bei ihrem Transport vom Gitter oder zum Gitter 30 folgen. Die von den Domänen im Schieberegister 154 eingenommenen Bahnen sind durch die Doppelpfeile in diesem Register bezeichnet. Die Pfeile deuten damit an,' dass die Domänen über dieselben Bahnen aus dem Gitter entnommen oder in das Gitter eingebracht werden können.

Das Schieberegister 156 hat eine bevorzugte Bahn für die Domänenbewegung in Richtung des Pfeiles 158. Die Bewegung der Domänen erfolgt durch die zwischen den Leitern C und D angeordnete Permalloy struktur 160. Das Permalloy 160 hat über seine Länge eine variierende Breite und wirkt auf diese Weise als Führung zum Bewegen der Domänen in Richtung des Pfeiles 158. Bei Bedarf kann die Struktur 160 auch eine Rille im magnetischen Material sein, die entsprechend der Darstellung in Fig. 29 variierende Breite hat. Auch kann diese Struktur 160 durch eine Folge von Permalloy-Dreiecken ersetzt werden, deren Spitze nach unten zeigt, um die Domänen in Richtung des Pfeiles 158 zu bewegen. Domänen im Schieberegister 156 sind im allgemeinen voneinander isoliert und jede Art von Treib-und Leitstruktur ist dafür geeignet.

50981 5/1116

YO 9-72-063 - 103 -

Bevor die Folge der an die Leiter A bis D angelegten Impulse beschrieben wird, wird darauf verwiesen, dass vom Gitter 30 entnommene Domänen in durch Pfeile im Register 154 angezeigten Bahnen laufen, die sie in das Schieberegister 156 bringen. Die Domäne a folgt z.B. der Bahn 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4, um in das Schieberegister 156 zu gelangen. Die Domäne b folgt einer '

Bahn 2.1, 2.2, 1.2, 1.3 und 1.4, um in das Schieberegister 156 zu gelangen. Jede zweite Domäne a, c, e, und g folgt also einer im allgemeinen· geraden Bahn aus ihrer Position im Gitter 30 in die entsprechende Position im Schieberegister 156. Andererseits laufen die Domänen b, d, f und h in Bahnen, die nciht gerade sind und teilweise mit den Bahnen der zuerst erwähnten Domänen zum Schieberegister 156 zusammenfallen.

Bevorzugte Bahnen für die Domänen kann man auf verschiedene bekannte Arten vorsehen, beispielsweise durch Ausätzen von Rillen im magnetischen Material 62. Ausserdem können Niederschläge aus magnetisch weichem Material, wie Permalloy auf dem Material 62 nieder geschlagen werden. Weiterhin können die Eigenschaften des Materials lokal, beispielsweise durch Ionenimplantation verändert werden. Die Domänen werden durch von Stromimpulsen in den Leitern A bis D erzeugte Magnetfeldgradienten auf diesen Bahnen bewegt. Die bevorzugten Domänenbahnen können auf bekannte Weise so gebildet werden, dass sich die Domänen nur in einer oder auch in beiden Richtungen bewegen können.

509815/1116

YO 9-72-063 · - HO -

Die Fign. 30 und 31 zeigen die Reihenfolge der angelegten Stromimpulse und die entsprechenden Positionen der Domänen während der Uebertrage- und Schiebeoperationen. Zur Bezeichnung der Polarität dieser Stromimpulse wurde ein willkürliches Schema gewählt. Der Buchstabe L besagt, dass die linke Kante des Leiters A, . . . , D die Domänen anzieht, während die rechte Seite * sie abstösst. Der Buchstabe R ist die Bezeichnung für den entgegengesetzten Effekt, d.h., die rechte Kante des Leiters zieht die Domänen an, während die linke sie abstösst. Die tatsächlich verwendeten Polaritäten hängen davon ab, wo die Impulse in die Leiter injiziert werden und wie die Magnetisierungs- > richtung in den zylindrischen Einzelwanddomänen verläuft.

Für die Leiter A bis D in Fig. 29 werden die Breiten und die Abstände so gewählt., dass das durch die Stromimpulse in diesen Leitern erzeugte Magnetfeld die Domänen durch das Uebertragungsregister ähnlich bewegt, wie es oben im Zusammenhang mit den Fign. 19A bis 19E beschrieben wurde. .Nimmt man z.B. ' an, dass eine Domäne von der linken Kante des Leiters angezogen und dann ein R-Impuls angelegt wurde, so heisst das, dass die rechte Kante des Leiters die Domäne anzieht, während die linke Kante sie abstösst. Wenn diese Do-

mäne in der Nähe der linken Kante des Leiters, aber nicht unter ihr steht, erfährt sie eine grössere Kraft von der linken Kante des Leiters und wird vom

Leiter nach links weggeschoben. Wenn andererseits die Domäne am Anfang

50981 5/1116 '

YO 9-72-063 - 111 -

unter der linken Kante des Leiters stand, wird sie nach rechts angezogen und von links weggeschoben und bewegt sich infolgedesssen unter dem Leiter hinweg zur rechten Kante. Da die durch die Ströme in den Leitern erzeugten Magnetfeldgradienlen sich über eine beachtliche Strecke vom Leiter aus erstrecken, können die Zylinderdomänen relativ zum Leiter so eingestellt werden, ■ * dass eine dieser beiden Situationen zutrifft. Die Einstellung erfolgt leicht durch Anlegen von Stromimpulsen an benachbarte Leiter.

In Fig. 29 sind die Leiter A bis D als einzelne Linien dargestellt. In einer praktischen Anlage ist die Breite der Leiter jedoch mit dem Durchmesser der Zylinderdomänen vergleichbar und die Position der Domäne wird so gewählt, dass die gewünschte Bewegung erzeugt wird, d.h., die im Zusammenhang mit den Fign. 14E und 19A bis 19E beschriebenen Prinzipien gelten auch hier.

Fig. 30 zeigt in einer Tabelle die 16 Stromimpulsfolgen, die den Grundschiebezyklus bilden. Fig. 31 zeigt in einer anderen Tabelle die Positionen der 16 Zylinderdomänen a bis ρ nach jedem Schritt der ersten beiden Zyklen der Schiebeoperation. Von der Position 0 im Schieberegister 156 bewegt sich die Domäne

nach unten in Richtung des Pfeiles 158. Die Position 84 des Schieberegisters 156 wird benutzt, wenn das Schieberegister an eine andere Anordnung (Gitter) oder an die Schreibeinrichtung 36 angeschlossen wird.

B09815/1116

YO 9-72-063 ' - 112 -

Das Uebertragungsregister 154 und das Schieberegister 156 setzen die Domänen im Schieberegister 156 in den doppelten Abstand, wie sie ihn im Gitter 30 haben. Wenn eine grössere Trennung erwünscht ist, erreicht man sie einfach durch einen zusätzlichen Leiter über einen weiteren Einleit- oder Ausleitschritt im Verhältnis 2:1. '

Wenn einer der beiden Leiter A oder B in Fig. 29 nicht durch einen Stromimpuls aktiviert wird, erfolgt auch keine Uebertragung. Wenn der Leiter A nicht aktiviert wird, reicht die durch einen Stromimpuls im Leiter B erzeugte Kraft nicht aus, um die Domänen hinter die Abgrenzung 34 zu ziehen. Wenn der Leiter A alleine durch einen Stromimpuls erregt wird, dann werden im Schritt 9 der angelegten Impulsfolge die Domänen durch die Abgrenzung 34 abgestossen Somit können die Leiter A und B auch als Eingabe/Ausgabe-Steuerglieder funktionieren.

Als weitere Alternative kann man mit den Leitern A, B, C und D auch Uebertragungsoperationen von und zu mehreren Gitteranordnungen auf demselben magnetischen Medium 62 ausführen. Wenn diese Leiter in Gruppen zusammengefasst sind, kann man über eine Decodierung jede Gitteranordnung anwählen.

5 0 9 8 15/1116

YO 9-72 063 - 113 -

• AAγ .

Wie aus den Fign. 30 und 31 hervorgeht, synchronisiert dor Uebertragungsprozess sich automatisch mit der Stromimpulsfolge in den Leitern Λ, B. Wenn die Impulsfolge mit irgend einem anderen Schritt, als dem Schritt 1 beginnt, dann passiert während des Restes des Stromimpuls-Teilzyklus nichts und die richtige Uebertragungsoperation beginnt mit dem Schritt 1 des folgenden Zyklus. ' ;

Anschliessend wird auf die Tabellen in Fig. 30 und 31 verwiesen. In dieser Operation sind die Domänen a, b, . . . ,h aus dem Gitterbereich 30 zu entnehmen ' und in das Schieberegister 156 zu bringen. Danach werden die Domänen i, j, . . . , , ρ aus dem Gitterbereich 30 entnommen und in das Schieberegister 156 gebracht. Zur Zeit 1 fliesst Strom in den Leitern A und D, welche die Einzelwanddomänen a, b, ... ,h anziehen. Diese Domänen werden daher in die Positionen 1.1, 2.1, 3.1, ... ,8.1 bewegt. Zu dieser Zeit hat der in den Leitern C und D fliessende Strom keine Auswirkungen auf die Domänen a bis h, die aus dem Gitter 30 kommen.

Zur Zeit 2 wird die Richtung des Stromes im Leiter B umgekehrt und dadurch wirkt die linke Kante des Leiters B abstossend. Die Domänen a bis h behalten daher ihre entsprechenden Positionen bei.

, ι

Während der Zeiten 3 bis 8 fliessen Ströme in den Leitern C und D zur Ver-

509815/1116

YO 9-72 -063 -llif-

vollständigung der Operation für im Uebertragurigsregister 154 und im Schieberegister 156 stehende Domänen. Während der Schritte 3 bis 8 fliesst kein Strom in den Leitern A und B.

Im Schritt 9 wird die Stromrichtung in den Leitern A und B gegenüber der Richtung in den Schritten 1 und 2 umgekehrt. Zu diesem Zeitpunkt fliesst im Leiter A ein Strom, der die rocht" Kante des Leiters anziehend und die* linke Kante austossend macht. Zur gleichen Zeit ist die linke Kante durch den Stromimpuls im Lieter B anziehend und die rechte Kante abstossend. Während dieses Schrittes bewegen sich die Domänen a bis h um einen Schritt. Die Domäne a bewegt sich z.B. von der Position 1.1 in die Position 1.2, während sich die Domäne b von der Position 2.1 in die Position 2.2 bewegt. Alle Domänen a bis h bewegen siel· während des Anlegens der Stromimpulse an die Leiter A und B im Schritt 9 demnach in der Reihenfolge der Stromimpulse.

In Schritt 10 der Folge liegt auf dem Leiter A kein Stromimpuls und der Stromimpuls im Leiter B hat seine Richtung gewechselt. Zu dieser Zeit führt der Leiter C Strom, so dass seine linke Kante anziehend wird. Domänen in der Nähe des Leiters B erfahren demzufolge eine Kraft durch die Leiter B und C und somit bewegen sich die Domänen a, c, e und g. Die Domäne a bewegt sich z.B. während dieser Zeit von der Position 1.2 in die Position 1.3 und die , Domänen b, d, f und h behalten ihre Positionen bei. .

50981 5/1116

YO 9-72-0G3

Zur Zeit 11 stossen die Leiter C und D an ihrer linken Kante Domänen ab. Folglich bewegen sich die Domänen a, c, e und g in die nächste Position. Die Domäne a bewegt sich z.B. von der Position 1.3 in die Position 1.4, während sich die Domäne c von der Position 3.3 in die Position 3.4 bewegt. Diese Bewegung erfolgt, weil die Domänen ausreichend weit unter dem Leiter C stehen, um die anziehende Kraft der rechten Seite dieses Leiters zu erfahren und nicht die abstossende Kraft von der linken Seite.

Zur Zeit 12 der Reihenfolge werden die Stromrichtungen in den Leitern C und D umgekehrt. Das bedeutet, dass die linke Kiante dieser Leiter für die Domänen anziehend und die rechte Kante abstossend wird. Während dieses Schrittes bewegen sich die Domänen a, c, e und g. Die Domäne a bewegt sich z.B. von der Position 1.4 in die Position 0 im Schieberegister 156, während die Domäne c sich aus der Position 3.4 in die Position 2.4 bewegt. Die Domänen a, c, e und g, die in das Schieberegister 156 durch den vorigen Schritt gesetzt wurden, beginnen also jetzt, sich im Schieberegister 156 in Richtung des Pfeiles 158 zu bewegen. Diese Domänen können dann gelesen und in das Gitter zurückgeführt oder gegebenenfalls in verschiedene andere Bereiche der magnetischen Schicht hinausgeführt werden. Wie aus Fig. 31 zu ersehen ist, bewegen sich die Domänen a, d, f und h aus ihrer zweiten Position erst zur Zeit 16 dieser Reihenfolge. Zu diesem Zeitpunkt beginnen sie sich in den vorher von den Domänen

50981 5/1116

YO 9-72-063 . -I16-

-/Μ V

a, c, e und g durchlaufenen Bahnen zu bewegen, um in das Schieberegister 156 zu gelangen. Wenn sie das Register 156 erreichen, bewegen sie sich irn Register 156 in Richtung des Pfeiles 158 nach unten.

Die Bewegung der nächsten Reihe von Domänen i, j, . . ., ρ des Gitterbereiches ' 3 0 erfolgt ähnlich. Diese Domänen i bis ρ beginnen sich zum Zeitpunkt 17 zu bewegen und danach bewegen sie sich beginnend mit dem Zeitpunkt 24 zum Schieberegister 156. Wie bei den Domänen a bis h, bewegen sich zuerst die jeweils zweiten Domänen in der Reihe i bis ρ und dann die anderen. Beispielsweise bewegen sich die Domänen i, k, m und ο zum Schieberegister 156, bevor sich die Domänen j, 1, η und ρ bewegen, weil die zuletzt genannte Gruppe teilweise auf demselben Weg laufen muss, wie die erste Gruppe. Die zweite Reihe von Domänen benutzt dieselben Wege, wie die Domänen in der ersten Reihe. Die Domäne i folgt beispielsweise demselben Weg wie die Domäne a und die Domäne j demselben Weg wie die Domäne b.

Aus den Fign. 30 und 31 ist zu ersehen, dass Gruppen von m (Gesamtzahl von Domänen in einer Reihe) durch das Uebertragungsregister 154 in das Schieberegister 156 zu einem Zeitpunkt verschoben werden. Umgekehrt können Domänen aus dem Schieberegister 156 genauso in den Gitterbereich bewegt werden, indem man die Polarität der Ströme in der Impulsreihenfolge an die Leiter Λ bis D umkehrt.

5098 15/1116

YO 9-72-063 - 117 -

Die Breite der Leiter A bis D kann so gewählt werden, dass sie ungefähr dem Durchmesser der zylindrischen Einzelwanddomänen entspricht. Der'Mittenabstand der Leiter wird am besten doppelt so gross gewählt wie die Breite.

Diese Folge von Stromimpulsen kann auch mit externen Puffern anders geordnet werden. Mit verschiedenen Modifikationen dieses Schemas können Domänen aus dem Gitterbereich in Bereiche isolierter Domänen und aus diesen wieder in den Gitterbereich zurück bewegt werden. Ausserdem können grössere Einleit- und Ausleitkapazitäten vorgesehen werden.

Das Grundschema arbeitet auch, wenn die wechselwirkenden Elemente nicht aus magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen bestehen. In manchen Fällen sind diese Elemente im Gegensatz zu Einzelwanddomänen für ein Vorspannfeld unempfindlich, so dass der Abstand zwischen den einzelnen wechselwirkenden Elementen nicht immer mit einer besonderen Methode verändert werden muss. Weiterhin braucht auch bei magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen der Abstand nicht ungedingt verändert zu werden, wenn die Domänen dem Gitterbereich entnommen oder in den Gitterbereich von einem externen

Bereich aus hineingesetzt werden.

5098 15/1116

YO 9-72-063 - H8 -

2U1280

Codierte wechselwirkende Elemente

Den wechselwirkenden Elementen 32 kann Information zugeordnet werden. Bestehen diese Elemente aus magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen, können verschiedene physikalische Eigenschaften der Domöenen zur Unterscheidung der einen Art von Domänen von denen einer anderen Art benutzt und dadurch die Codierung von Information durch Eigenschaften der Domänen ermöglicht werden. Die Wandeigenschaften verschiedener Typen magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen eignen sich besonders für die Codierung von Information. Bei anderen Arten von magnetischen wechselwirkendcn Elementen erscheint eine Codierung nach dem physikalischen Erscheinungsbild geeignet. Die folgenden Abschnitte unter dieser Unter-Ueberschrift zeigen beispielsweise verschiedene Arten der möglichen Codierung, wenn den wechselwirkenc.cn Elementen Information zugeordnet werden soll.

Codierung von zylindrischen Einzelwanddomänen: Harte/weiche Domänen Bei einer ersten Art der Codierung wird der Grundgedanke der US Patentanmeldung mit der Seriennummer 375.285 vom 29. Juni 1973 angewandt. In dieser Patentanmeldung wird die Existenz sogenannter "harter" und "weicher" magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen dazu benutzt, daten verarbeitende System zu erstellen, in denen die Information durch verschiedene Domäneneigenschaften übertragen wird. Unter einer harten Domäne versteht man

50981 5/1116

YO 9-72- 063 - 119 -

eine zylindrische Einzelwanddomöne, die eine grosse Anzahl vertikaler Blochlinien in ihrer Domänenwand hat und die erst bei höheren Vorspannfeldern zusammenbricht als eine "weiche" Domäne/ die nur eine geringe Anzahl oder gar keine vertikalen Blochlinien in ihrer Domänenwand hat. 'Diese verschiedenen-Arten von Domänen werden beispielsweise durch A.P. Malozemoff, in Applied Physics Letters, _2J_, 149 (1972) ausführlicher beschrieben.

Fig. 32 zeigt eine Einrichtung zum Schreiben von Information mittels Hart/ Weich-Codierung von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen als wechselwirkenden Elementen, während Fig. 33 die Leseoperation zeigt, wenn die Information durch harte/weiche magnetische Einzelwanddomänen gespeichert ist.

Die Einrichtung nach Fig. 32 kann Muster von harten und weichen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen zur Codierung von Information (beispielsweise binärer Information) erzeugen. Nach der oben erwähnten Patentanmeldung können bei Bedarf auch mehr als zwei Informationswerte für höherwertige digitale Codierungen erzeugt werden.

Das magnetische Medium 62 trägt magnetische zylindrische Einzelwanddomänen. Ein Generator für harte Domänen 160 besteht im wesentlichen aus einer strom-

509815/1116

YO 9-72-063 · - 120 -

führenden Spule 162, die an eine Gleichspannungsquelle 164 für die Vorspannur.r und an eine Stromimpulsquelle 166 angeschlossen ist, die mittels des Schalters 168 wahlweise parallel zur Gleichspannungsquelle 164 geschaltet werden kann. Innerhalb des von der Spule 162 umschlossenen Gebietes sind mehrere stromführende Leiter 170A, 170B und 170C vorgesehen. Diese Leiter sind mit ' (nicht dargestellten) Stromquellen verbunden, welche die Ströme I. , I , I / durch die Leiter 170A bis 170C schicken.

Ebenfalls innerhalb der Spule 162 befindet sich eine Leiteinrichtung 172, die beispielsweise aus T- und I-Balkenmustern magnetisch weichen Materials, wie z.B. Permalloy besteht. In die Leiteinrichtung 172 eingebrachte Domänen bewegen sich in Richtung des Pfeiles 174 infolge der Drehung des magnetischen Treibfeldes H in der Ebene der magnetischen Schicht 62. Die Leiteinrichtung 17^' kann auch Treibströme führende Leitermuster anstelle des magnetisch weichen Materiales in Verbindung mit magnetischen Treibfeldern enthalten.

Der Betrieb des Generators 160 für harte Einzelwanddomänen hängt davon ab, ob im Bereich der Spule 162 wechselnde Magnetfelder wirksam sind. Diese Magnetfelderwirken auf Streifendomänen 176 ein und zerhacken diese in kleinere Domänen, deren Wände vertikale Blochlinien enthalten.

50981 5/1116

YO 9-72-063 - 121 --

Die Gleichspannung des Vorspannfeldes H in der Spule 162 wird durch die Gleichspannungsquelle 164 gefiefert. Aenderungen des Gesamt-Vorspannfeldes innerhalb der Spule 162 werden durch überlagerte und von der Impulsquelle 166 erzeugte Stromimpulse hervorgerufen. Arn Anfang gibt die Quelle 166 einen negativen Impuls ab, um das wirksame Vorspannfeld im Bereich der * ■

Spule 162 zu senken. Dadurch wird ein für magnetische Streifendomänen 176 anziehender Bereich geschaffen, so dass diese Art Domänen sich im Bereich der Spule 162 bewegen. Dann wird durch die Stromquelle 166 ein positiver Impuls erzeugt und das Niveau des Vorspannfeldes über das Gleichstromniveau behoben. ■ Durch ausreichend kurze und starke Impulse werden die Streifendomänen 176 zerhackt. Die Anzahl von auf diese Weise erzeugten harten Domänen nimmt mit der Anzahl der angelegten Impulse zu. Danach wird das Vorspannfeld im Bereich der Domänenvernichterspule stark erhöht, um alle Domänen mit Ausnahme der harten Domänen zusammenbrechen zu lassen. Demzufolge bleiben nach dem Zerhacken und dem Benachteiligen etwaiger weicher Domänen im Bereich der Spule 162 nur harte magnetische zylindrische Einzelwanddomänen übrig.

Diese harten Domänen werden dann in die Nähe der Leiteinrichtung 172 gebracht, indem man entsprechende Stromimpulse an die Leiter 170A bis 170C anlegt. Die durch die Ströme in diesen Leitern erzeugten magnetischen Felder

509815/1116

YO 9-72-063 - 122 -

schaffen Vorspannfeldgradienten welche die harten Domänen in die Nähe der Leit- und Transporteinrichtung 172 ziehen. Wenn d'ie Domänen einmal dort sind, werden sie zu sich ausbildenden magnetischen Polen an den T- und den I-Balken angezogen, je nachdem, wie das rotierende Treibfeld H gedreht ist. Die harten Domänen laufen dann in Richtung des Pfeiles 174 '

weiter.

Als repräsentatives Beispiel wurden harte Domänen in einer Magnetschicht von 5,25 Mikron Dicke erzeugt, welche die Zusammensetzung (Tb. ,,.Eu_{n rr}

U, Ü4 U ,ob

Y ) Te Ga 0 hatte. Die an die Magnetschicht 62 angelegten Vorspannfeldimpulse lagen im allgemeinen zwischen 10 Oe und 50 Oe und hatten eine Dauer von etwa 0,2 bis 10 MikroSekunden. Die Anzahl der durch die Quelle 166 angelegten Impulse ist von der Zahl 1 an aufwärts praktisch unbegrenzt und hängt im allgemeinen von der Verteilung der verschiedenen Domänentypen ab, die erzeugt werden sollen. Mit zunehmender Anzahl der Impusle wird die Wahrscheinlichkeit immer grosser, dass man Domänen mit einer grösseren Anzahl vertikaler Blochlinien erzeugt. Je langer die angelegten Stromimpulse dauern, desto grosser ist daher die Wahrscheinlichkeit, dass Domänen mit einer kleineren Anzahl vertikaler Blochlinien zusammenbrechen. Die Grosse des letzten Stromimpulses wird so gewählt, dass alle Domänen in der Spule 162 zusammenbrechen mit Ausnahme derjenigen, die in ihrer Domänenwand die

509815/1116

YO 9-72-063 - 123 -

2U1280 ATM-

die gewünschte Mindestanzahl vertikaler Blochlinien haben. Damit ist sichergestellt, dass man genügend harte Einzelwanddomänen für die jeweils gcwünschL-Operation erhält.

Die Grosse der angelegten Stromimpulse hängt gewöhnlich bis zu einem gewissen ■ Grad von der Magnetisierung 47Γ M der Magnetschicht 62 ab. Wenn 4'"CM _

s s

zunimmt, sind grössere magnetische Vorspannimpulse zur Erzeugung der harten Domänen erforderlich. Im allgemeinen sind angelegte Vorspannfeldimpulse bis

zu einer Grosse von 50% von 4TfM akzeptabel. "

Je länger die angelegten Zerhackerimpulse dauern, um so grosser ist dir γ.ιμι,ι■<.· des Zerhackens. Danach ist die Wahrscheinlichkeit des Domänenzusammenbruches in der Spule 162 um so grosser, je länger die angelegten Stromimpulse dauern.

In Fig. 32 ist der Generator für harte Domänen 160 ein Teil der ganzen Schreibeinrichtung 36 (Fig. 6), mit der ein Muster codierter Informationen geliefert werden soll. Die harten Domänen werden daher kombiniert mit den weichen Domänen aus einem normalen Domänengenerator 178. Die Endausgabe von der Schreibeinrichtung 36 ist dann ein Muster aus gemischten harten und weichen Domänen, die sich in Richtung des Pfeiles 180 zur Eingabeeinrichtung 38 hin

509815/1116

YO 9-72-063 · - 124 -

bewegen. In dem in Fig. 32 gezeigten Ausführungsbeispiel bewirken die harten Domänen die Abgabe von weichen Domänen an den Informationsstrom, der an die' Eingabeeinrichtung 38 angelegt wird.

Der Generator für harte Domänen 160 erzeugt ein Muster harter Domänen, die sich in Richtung des Pfeiles 174 bewegen. Diese harten Domänen werden weiter duch die Transporteinrichtung 182 bewegt, die beispielsweise aus einem Muster von weichmagnetischen T- und I-Balken besteht. Eine stromführende Spule 184 liefert ein Magnetfeld in Richtung des Vorspannmagnetfeldes H an der Polposition 1 des T-Balkens 186.

Der normale Domänengenerator 178 ist beispielsweise in seiner Art wie- in der US Patentanmeldung mit der Seriennummer 266,758 vom 27. Juni 1972 dargestellt. Der Generrator 178 besteht aus einer Scheibe 188 magnetisch weichenMaterials, wie Permalloy, und einer zusätzlichen Schicht 190 aus magnetisch weichem Material, wie Permalloy, die mit dem Medium 62 in Austauschkopplung steht. Die Schicht 19 0 unterdrückt vom Generator 178 erzeugte harte Domänen. Weiche Domänen werden in jedem Umdrehungszyklus des Treibfeldes H geliefert. Diese weichen Domänen laufen zur Transporteinrichtung weiter und folgen den wiederholten Polmustern 2, 3 und 4 auf dem T-Balken 192. Zum weichen Domänengenerator 178 gehört auch ein L-Balken 194, der als

509815/111-6

YO 9-72-063 - 125 -

•/τ Κ (ο ·

Vernichter für die vom Generator 178 erzeugten weichen Domänen dient, falls diese nicht weiter verarbeitet werden. Unter bestimmten Umständen werden dann vom Generator 178 erzeugte Domänen zum Vernichter 194 abgelenkt und gelangen so nicht in das Informationsmuster, welches über die Transporteinrichtung nach rechts zu der (nicht dargestellten) Eingabeeinrichtung 38 läuft.

Das endgültige Informationsmuster aus harten und weichen Domänen läuft in Richtung des Pfeiles 180 weiter in die Eingabeeinrichtung 38. Im Betrieb gelangen harte Domänen in die Transporteinrichtung 182 und bewegen sich in die Polposition 4 des I-Balkens 196. Wenn in der Schleife 184 zu dieser Zeit ein Strom I fliesst, finden die harten Domänen am Ende des I-Balkens 196 in der

Polposition 1 des Balkens 186 keinen anziehenden Pol und bleiben infolgedessen an der Polposition 4 des I-Balkens 196 stehen. Wenn sich das Transportfeld H weiterdreht, werden diese Domänen in die Polposition 2 auf dem T-Balken 198 gezogen. Danach laufen sie weiter zum Vernichter A. Bei Bedarf können die harten Domänen auch in eine andere Schaltung zur weiteren Verwendung in einem Informationssystem umgeleitet werden. Harte Domänen in der Polposition 4 des I-Balkens 196 können also abhängig von dem Vorhandensein oder Fehlen des Stromes I in der Schleife 184 weiterlaufen. Auf diese Weise

wird für den Durchgang von harten Domänen eine Torschaltung geschaffen.

5 0 9815/1 1 16

YO 9-72-063 - 126 -

Während eines jeden Umdrehungszyklus des Treibfeldes H wird vom Generator 178 eine weiche Domäne erzeugt. Die weichen Domänen laufen zum T-13alk.cn 192 und folgen nacheinander den Polpositionen 2, 3 und 4 zur Transporteinrichtung 182, wonach sie in Richtung des Pfeiles 180 durch die Drehung des Treibfeldes H weiter nach rechts laufen. Wenn jedoch eine harte Domäne nacheinander durch die Polpositionen 1, 2 und 3 des T-Balkens 186 läuft, kann eine weiche Domäne vom Generator 178 sich nicht von der PoJpostion 3 in die Polposition 4 auf dem T-Balken 192 bewegen. Bei der nächsten Drehung des Treibfeldes H bewegt sich daher die Domäne von der Polposition 3 auf dem T- > Balken 192 in die Polposition 4 (Knie) des Balkens 194. Wenn das Treibfeld H sich in die Lage 1 dreht, ist die weiche Domäne weiter im Knie des L-Balkens 194 eingeschlossen und wenn sich das Treibfeld H dann weiter in Richtung 2 dreht, wird am Knie des L-Balkens 194 ein negativer Pol erzeugt, der die dort stehende Domäne zusammenbrechen lässt. Dieser Zusammenbruch wird dann verstärkt, wenn sich das Treibfeld H weiter in'die Lage 3 dreht. Das Vorhandensein harter Domänen auf dem Balken 186 beeinflusst daher die Eingabe weicher Domänen vom Generator 178 in die Transporteinrichtung 182 und auf diese Weise wird ein Informationsmuster an die Eingabeeinrichtung 38 gesendet.

Auch andere Einrichtungen zur Codierung von Information für eine Domänen-

gitteranordnung kann man für die Erzeugung von harten und weichen Domänen

" 509815/1116

YO 9-72-063 - 127 -

verwenden. Die Transportbahnen aus magnetisch weichen Elementen können z.B. durch Leitermuster ersetzt werden. Streifendomänen kann man auch mit anderen Verfahren zerhacken, um Domänen mit unterschiedlichen Anzahlen von vertikalen Blochlinien, d.h., Domänen unterschiedlicher Härte zu erzeugen.

Die Erzeugung von Domänen mit unterschiedlicher Harte bedeutet auch, dass man Information mit mehr als zwei digitalen Werten codieren und speichern kann.

Fig. 33 zeigt ein Verfahren zum Lesen von durch harte und weiche magnetische Domänen codierter Information. Eine Gruppe aus harten und weichen Domänen sei aus dem Gitter 30 durch die Ausgabeeinrichtung 40 herausgenommen worden. Dieses Muster aus informationstragenden Einzelwanddomänen läuft in Richtung des Pfeiles 198 zum Diskriminator 200 für harte Domänen weiter.

Dieser Diskriminator 200 lässt alle weichen Domänen im Informationsmuster zusammenbrechen und somit nur die harten Domänen weiterlaufen. Diese harten Domänen werden dann durch eine Domänenabfühleinrichtung abgefühlt , beispielsweise durch einen magnetoresistiven Fühler, wie er z.B. in der US Patentschrift Nr. 3.691.54 0 beschrieben ist. Nach dem Abfühlen der Information müssen die fehlenden weichen Domänen im Informationsmuster wieder zugesetzt werden ,wenn nicht-zerstörend gelesen werden soll. Zum

509815/1116

YO 9-72-063 . - 128 -

Wiederaufbau des ursprünglichen Informationsmusters ist daher ein Generator
für weiche Domänen erforderlich.

Das Muster öus harten und weichen Domänen gelangt in den Diskriminator 200

für harte Domänen in Richtung des Pfeiles 198. Der Diskriminator besteht aus · · einer stromführenden SpuJe 202, die an eine einen Strom I liefernde Stromquelle

angeschlossen ist. Der Strom I erzeugt in der Spule 202 ein Magnetfeld mil der-

selben Richtung wie das Vorspannfeld H . Dadurch wird das Vorspannfeld an der ' Polposition 4 des 1-Balkens 204 vergrössert und alle weichen Domänen, die an
dieser Stelle erscheinen, brechen zusammen. Das bedeutet, dass nur harte Domänen weiter nach rechts über die Leiteinrichtung 2OG aus T-Balken und I-Balken weiterlaufen.

Durch die Leiteinrichtung 206 laufende Domänen passieren eine Abfühleinrichtung 208, die als magnetoresistiver Fühler dargestellt ist. Diese Einrichtung 208 enthält beispielsweise ein magnetoresistives Abfühlelement 210, welches mit einer Stromquelle 212 verbunden ist, die einen Messstrom I im Abfühlelement 210
erzeugt. Wenn eine Domäne das Abfühlelement 210 passiert, wird der Magnetisierungsvektor des Elementes gedreht und dadurch eine elektrische Widerstandsänderung hervorgerufen. Diese Widerstandsänderung wird als Spannungsänderung

V festgestellt, die so das Vorhandensein einer harten Domäne in flusskoppelnder s

Nähe zum Abfühlelement 210 anzeigt. Wenn keine Domäne das Abfühlelement 210

50981 5/1116

YO 9-72-063 - 129 - .

^2U128°

während einer Zykluszeit des Treibfeldes H passiert, heisst das, dass eine weiche Domäne; ursprünglich in dieser Zykluszeitspanne lag.

Nach dem Abfühlen laufen die Domänen weiter nach rechts in Richtung des Pfeiles 214 und passieren eine Wiederherstellungsvorrichtung 126 für weiche ' Domänen. Eine ähnliche Vorrichtung wird in Fig. 32 für die Erzeugung von weichen Einzelwanddomänen im Informationsmuster benutzt. Diese Wiecferherstellungsvorrichtung besteht aus einem Generator 218 für weiche Domänen ;

zusammen mit einer Schicht magnetisch weichen Materials 22 0 zur Unterdrückung _ von harten Domänen. Die Transporteinrichtung 222 führt die weichen Domänen in den Informationsmustersrom. Ausserdem ist ein Domänenvernichter 224 vorgesehen.

Während jedes Zyklus des Treibfeldes H wird eine weiche Domäne vorn Generator 218 erzeugt und über den T-Balken 222 weitergeleitet. Wenn jedoch in der r Pol-Position 3 des T-Balkens 226 eine harte Domäne steht, werden weiche Domänen vom Generator 216 zum Knie der Vernichtungseinrichtung 224 abgelenkt, wo sie anschliessend vernichtet werden, wenn dös Treibfeld H weiterdreht. Wenn zu diesem Zeitpunkt jedoch keine harten Domänen in der Polposition des T-Balkens 226 stehen, laufen vom Generator 218 erzeugte weiche Domänen zur Transporteinrichtung 206 und weiter nach rechts in Richtung des Pfeiles 214.

509815/1 1 16

YO 9-72- 063 . · - 130 -

Somit ist die ursprüngliche Kombination von harten und weichen Domänen in dem Musterbereich wiederhergestellt. Dieses wiederhergestellte Inforrnationsmuster kann an einer Eingabeeinrichtung 38 zur Eingabe in dieselbe oder eine andere Gitteranordnung (Fig. 4) oder an eine Vernichtungseinrichtung zum Löschen der Information gesendet werden. Ausserdem können die Domänen auch für andere Schaltungen benutzt werden. Die Codierung von Domänen nach der Anzahl der vertikalen in ihren Wänden vorhandenen Blochlinien ist ein geeignetes Verfahren zur Darstellung von Informationswerten in der Gitteranordnung. Da weiche Domänen jedoch im allgemeinen eine grössere Beweglichkeit im magnetischen Medium 62 haben als harte Domänen, sollte die Arbeitsgeschwindigkeit des datenverarbeitenden Systems auf die der harten Domänen begrenzt werden, um eine synchronisierte Domänenbewegung zu gewährleisten.

Codierung von Domänen durch ihre Ablenkeigenschaften Codierte magnetische zylindrische Einzelwanddomänen, welche die Ablenk eigenschaften ausnutzen, werden in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 375.289 vom 29. Juni 1973 vorgeschlagen. Die Ablenkung einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in einem Gradientenmagnetfeld hängt von der Anzahl von Drehungen der Magnetisierungsvektoren am Umfang der Doinänenwand ab. Eine Domäne ohne vertikale Blochlinien wird z.B. im Gradientenfeld abgelenkt, während eine Domäne mit einem Paar vertikaler

509815/1116

YO 9-72-063

Blochlinien abgelenkt wird oder nicht, abhängig vom Vorzeichen des Blochlinienpoares.

In der vorliegenden Anmeldung kann auch die Information in Domänen in einer Gitteranordnung unter Ausnutzung ihrer Ablenkungseigenschaften codiert wer- ' den. Einerbits darstellende Domänen können beispielsweise durch eine Domäne wiedergegeben werden, die eint bestimmte Ablenkung in einem magnetischen Gradientenfeld hat, während ein anderer Informationszustand (Nullbit) durch eine Domäne dargestellt wird, die eine andere Ablenkung in diesem Feld erfährt.

Fig. 34 zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung von Domänen mit verschiedenen Ablenkeigenschaften. Fig. 35 zeigt eine Einrichtung zum Abfühlen von Domänen mit verschiedenen Ablenkeigenschaften, die aus dem Gitterbereich entnommen wurden. '

Im einzelnen zeigt Fig. 34 einen Generator 228, der Domänen mit unterschiedlichen Ablenkeigenschaften in einem magnetischen Gradientenfeld erzeugt. Dieser Figur stellt eine Schreibeinrichtung 230 dar, die vom Generatoi 228 erzeugte Domänen nach ihren Ablenkeigenschaften in einem magnetischen Gradientenfeld trennt. Die Domänen von der Schreibeinrichtung 230 können

50981 5/1116

YO 9-72-063 - 132 -

direkt an eine Eingabeeinrichtung 38 zur Eingabe in eine Gitteranordnung 30 gesendet werden.

Der Generator 228 gleicht dem in Fig. 32 gezeigten Generator zur Urzeugung harter und weicher magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen. Er enthält * eine an eine Stromquelle 234 angeschlossene Spule 232, die zum Zerhacken der Streifendomäne 236 dient. Der Rest des Generators 228 besteht aus einer stromführenden Spule 238, die mit einer Gleichspannungsquelle 240 und einer Impulsquelle 242 verbunden ist. Mit dem Relais 244 wird die Impulsquclle 242 wahlweise mit der Schaltung verbunden. Ausserdem sind Leiter 246A/ 246Bund 246C vorgesehen.

Im Betrieb erzeugen Stromimpulse L , I„ und I in den Leitern 246A bis 246C anziehende Magnetfelder zum Bewegen von Domänen in den Bereich innerhalb der Spule 238 hinein. Strom in der Spule 238 reduziert das wirksame Vorspannfeld innerhalb dieser Schleife, so dass eine in dieser Schleife vorhandene Zylinderdomäne zu einer Streifendomäne 23C auseinander gezogen wird. Nachdem diese Streifendomäne 236 in der Schleife 238 vorhanden ist, wird ein Stromimpuls I im Leiter 232 erzeugt. Dieser zerteilt die Domäne 236, da verschiedene magnetische Felder auf beide Seiten der Domäne 236 einwirken. Die zerteilte Domäne läuft dann unter Steuerung der Transporteinrichtung 248 nach

509815/1116

YO 9-72-063 - 133 -

rechts, die hier als eine Reihe von T- und I-Balken dargestellt ist.

Zur Schreibeinrichtung 23 0 laufende Domänen werden nach ihrer Ablenkung in einem magnetischen Gradientenfeld getrennt und in verschiedene "Speicherbehälter" zur Verwendung als Eingaben in die Eingabeeinrichtung 38 abgelegt. *

Die Generatorsteuerung 250 liefert Stromimpulse in den Leiter 252, welche Magnetfelder zum selektiven Zusammenbrechenlascen von durch den Generator ' 228 gelieferten Domänen erzeugen.

Eine Ablenkeinrichtung 254 enthält zwei stromführende Leiter 256A und 256B, die über regelbare Strombegrenzungswiderstände R und R an eine Stromquelle

Jri D

2 58 angeschlossen sind. Die Stromquelle 2 58 kann durch die Gradientensteuereinrichtung 260 gesteuert werden.

Die Ablenkeinrichtung 254 kann auf verschiedene Weise gebildet werden. Ihre Aufgabe besteht in der Erzeugung eines Gradientenmagnetfeldes und eines Vorspannfeldes, die bestimmte Domänen ablenken, die sich in dem Bereich bewegen, wo der Gradient vorhanden'ist. Die Gradientenerzeugungseinrichtung ist durch stromführende Leiter dargestellt. Sie kann jedoch auch andere Strukturen wie Permanentmagnete enthalten, die für die Lieferung verschiedener magneti-

5098 15/1116

YO 9 72-063 - 134 -

scher Vorspannungen bestimmt, sind oder auch Schichten öus magnetischem Material enthalten, das mit der Magnetschicht 62 in Austauschkopplung sieht und entsprechende Eigenschaften für den Aufbau des Gradientenfeldes hat. Die magnetischen Eigenschaften des Materials 62 können ausserdem zur Bereitstellung des Gradientenfeldes auch lokal verändert sein. ·

Durch den Generator 228 erzeugte Domänen laufen in Richtung des Pfeiles 262, bis sie die Lage A erreichen. Das Vorspannfeld bei A ist von dem Feld am Punkt B verschieden und die Domänen werden entsprechend den Dreheigenschaflen ihrer Wandmagnetisierung abgelenkt. In dieser Zeichnung werden Domänen mit einer Drehung der Wandmagnetisierung von +1 um den Winkel +■? nach oben abgelenkt und in eine Speicherstelle gesendet, die +1 = Behälter genannt ist. Domänen mit der Drehung Null ihrer Wandmagnetisierung werden nicht abgelenkt und in die Speicherstelle mit der Bezeichnung Null-Behälter weitergeleitet. Domänen mit der Drehung -1 ihrerWandmagnetisierung werden um einen Winkel - (? nach unten abgelenkt und in einen Speicherbereich mit der Bezeichnung -1 = Behälter weitergeleitet. Diese "Behälter" sind konventionelle Speicherstellen und können z.B. rückgekoppelte Schieberegister sein, in denen die verschiedenen Domänen kontinuierlich umlaufen.

YO 9-72-063

Die Behälter sollen die gleiche Anzahl Domänen von jeder Art enthalten und die Information soll wahlweise von den Behältern auf andere Datenwege umgeschaltet werden können. Da der Generator jedoch nur eine statistische Verteilung von Domänen mit verschiedenen Ablenkungseigenschaften erzeugen kann, ist eine Schaltung vorgesehen zur Ueberwachung des Zeitpunktes, an * '. dem jeder Behälter voll geladen ist. Wenn ein Behälter voll geladen ist, bringt man über vorgesehene Einrichtungen andere Domänen mit ähnlichen Eigenschaften, die normalerweise in diesen Behälter laufen würden, zum Zusammen- ' bruch. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis alle Behälter voll mit den Domänen versorgt sind, die sie speichern sollen.

Zu jedem Behälter gehört ein Schalter SW+1, SW-O, SW-I. Diese Schalter werden unter Steuerung der Decodierschaltsteuerung 264 betätigt und ieiten Domänen in eine von zwei Richtungen, abhängig davon, ob diese aus dem Behälter zu entnehmen sind oder darin wieder umlaufen sollen. Als Schalter ^:

sind übliche Stromsteuerschalter geeignet, wie sie z.B. in den US-Patentschriften 3.689.9 02 oder 3.701.12 5 beschrieben sind.

Zu jedem Speicherbehälter gehört eine Schaltung zum Zählen der in den Behälter einlaufenden Domänen und eine Schaltung zum Vernichten von Domänen, die noch in den Behälter einlaufen wollen, nachdem er bereits gefüllt ist. *

509815/1116

YO 9-72-063 - 136· -

Im allgemeinen enthalt diese Schaltung einen Zähler, der die Zahl der in den Behälter einlaufenden Domänen zählt, sowie eine Stromquelle zur Erzeugung eines Stromes, dessen Magnetfeld ausreicht,, um unerwünschte Domänen zusammenbrechen xu lassen, die in Richtung auf den Behälter laufen. Der +1 Zähler mit dem zugehörigen Zusammenbruchstromgenerator 266 ^ 1 ist z.B. mit dem Behälter + 1 verbunden. Dieser Zähler erfasst Domänen mit einer Ablenkung +f über die Leiterschleife 268 + 1. Nachdem die Anzahl der zum Füllen des +1-Behälters nötigen Domänen gezählt wurde, liefert die Einrichtung 266+1 einen Stromimpuls in den +1 -Leiter 268+1, der dann nachfolgende Domänen zerstört, die in den +l = Behälter einlaufen wollen. Aehnlich gehört zum Nullbehälter ein Nullzähler und ein Stromgenerator 266-0, der über den Null-Leiter 268-0 mit der Null-Domänen-Transportbahn gekoppelt ist. Genauso gehört zum -l=Behälter ein -1-Zähler und ein -1-Zusarnmenbruchstromgenerator 266-1 und ein -1-Leiter 268-1. Diese Zählerund Leiter liefern auch Eingangssignale an das UND-Glied 270, welches beim Zusammentreffen aller Eingangssignale ein Signal an die Generatorsteuerung 250 gibt. Auf dieses Signal hin erzeugt die Generatorsteuerung 2 50 einen Stromimpuls im Leiter 252, der die V/eitergabe von Domänen in Richtung des. Pfeiles 262 stoppt.

Die Zähler und Zusammenbruchstromgeneratoren liefern auch Eingangssignale an eine Taktsteuerschaltung 272, die wiederum die Decodiererschaltsteuerung 254 betätigt. Die Taktsteuerschaltung 272 liefert ein Signal an die Decödier-

509815/11 16

YO 9-72-063 - 137 -

schaltsteuerung 264, nachdem sie Signale von allen Schalteinrichtungen 266 empfangen hat, um der Decodierschaltsteuerung 264 anzuzeigen, dass nun Domänen aus allen Speicherbehältern entnommen werden könnten. Auf diese Weise kann man wahlweise codierte Domänen aus den Speichern zur Weiter- " leitung in Richtung der Pfeile 274 entnehmen. '

Fig. 34 zeigt somit eine Schaltung zur Lieferung von Domänen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften in.reproduzierbarer Weise für die Uebertragung an die Eingabeeinrichtung 38. Unerwünschte Domänen mit anderen Ablenkeigenschaften, als zur Informationsdarstellung benötigt werden, werden zu den Vernichtern 276 abgelenkt, wo sie vernichtet werden.

Zur Bewegung von Domänen mit verschiedenen Ablenkeigenschaften kann man konventionelle Bewegungsschaltungen verwenden. Die Bewegungseinrichtungen können ausserdem mit Einrichtungen zum Definieren der Bahn der Domänen im magnetischen Material kombiniert werden. Wenn sie sich einmal in der Gitteranordnung befinden, stehen auch die mit unterschiedlichen Ablenkeigenschaften codierten Domänen miteinander in Wechselwirkung und bilden stabile Bewegung =

bahnen. Die so codierten Domänen verhalten sich innerhalb des Gitters daher in gleicher Weise wie die nicht codierten Domänen.

509815/1116

YO 9-77-063 - 138 -

In der oben erwähnten US Patentanmeldung mit der Seriennummer 375.289 wird die steuerbare Erzeugung von Domänen mit einer gewünschten Drehung der Wandmagnetisierung beschrieben. Es ist möglich, manche der in Fig. zur Erläuterung dargestellten Komponenten in einer wirklichen Schaltung wegzu-

lassen.

Fig. 35 zeigt eine Vorrichtung zum Lesen von zylindrischen Einzelwanddornänc-.n unter Benutzung ihrer Ablenkeigenschaften. In dieser Vorrichtung wird z.B. von der Ausgabeeinrichtung 40 des in Fig. 2 gezeigten datenverarbeitenden Systems ein Muster von Domänen geliefert, welches zu einer Ablenkeinrichtung 254 weiterläuft, die gleichartig wie in Fig. 34 aufgebaut ist. Diese Ablenkeinrichtung 254 enthält Leiter 256A und 256B, die über die Widerstände R

und R mit einer Stromquelle 2 58 verbunden sind. Die Gradientensteuerung 260 gibt Signale an die Stromquelle 258 zur Bestimmung der Stärke des Gradienten, der durch den Strom in den Leitern 256A und 256B bereitgestellt wird. ■

Von dem Gitterbereich kommende Domänen haben durch die Einrichtung noch Fig. 34 vorher bestimmte Ablenkeigenschaften. Diese Domänen werden daher durch das durch die Einrichtung'245 erzeugte Gradientenfeld entsprechend ihren Ablenkeigenschaften getrennt. Verschiedene Transportschaltungen 276+1,

276-0 und 276-1 bewegen die Domänen zu einer Abfühleinrichtung 278.

50981 5/1116

YO 9-'/2-063 _ 139 _

2U1280

Die Abfühleinrichtung 278 enthält AbfUhlelemente 280+1, 280-0 und 280-1. Beispielsweise werden magnetoresistive Abfiihlelemente verwendet, die räumlich hintereinander gestaffelt sind und so das Vorhandensein von in getrennten Bahnen laufenden Domänen zu verschiedenen Zeiten anzeigen. Die Stromquelle 282 liefert Mess-Ströme I durch die Abfiihlelemente. Abhängig · * ί vom Vorhandensein oder Fehlen von Domänen in flusskoppelnder Nähe der AbfUhlelemente werden verschiedene opannungssignale V geliefert, die an

eine Benutzereinrichtung 44 (Fig. 6) gesendet werden können.

Nach dem Abfühlen können die Domänen vernichtet oder zurück in dieselbe oder weiter in eine andere Gitteranordnung geführt werden, wenn die Information gespeichert gehalten werden soll. Andererseits können die Domänen auch vernichtet oder anderswohin gelenkt werden und an ihrer Stelle neue Information durch den Generator geschrieben werden. Die Ausnutzung der Ablenkeigenschaften magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen ist somit ein sehr bequemes Verfahren zur Codierung von Information in Form von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen innerhalb einer Gitteranordnung Da Domänen mit nur einer kleinen Anzahl von Blochlinien verwendet werden' können, tritt das Problem unterschiedlicher Beweglichkeiten wie bei der Codierung nach harten und weichen Domänen nicht auf bei der Codierung der Domänen nach ihren Ablenkeigenschaften.

509815/1 1 16

YO 9-72-063 - 140 -

2U1280

Co die ru_ng _dure h JDo m änen u η t_er s c J ι i e[aJl. ic_ h er Gjrös s e_ Magnetische zylindrische Einzelwanddomänen mit unterschiedlicher Grosse können gleichzeitig im magnetischen Medium existieren, wie beispielsweise in einer US Patentanmeldung mit der Seriennummer 319.130 vom 29. Dezember 1972 beschrieben ist. Diese verschiedenen Domänen können durch einen geeigneten Generator erzeugt und ausserdem sehr einfach in einen anderen Typ von Domänen und wieder zurück verwandelt werden.

Fig. 36 zeigt einen Generator 284, mit dem magnetische zylindrische Einzelwanddomänen mit mindestens zwei verschiedenen Grossen in einem magnetischen Medium 62 erzeugt werden können. Diese Domänen unterschiedlicher Grosse werden infolgedessen als A-Domänen und B-Domänen bezeichnet, wobei die Α-Domänen optisch grosser erscheinen. Der Generator 284 besteht aus einer stromführenden Spule 286, die an eine Jmpusstromquelle 288 über einen Regelwiderstand R angeschlossen ist. Die Spule 286 soll ein lokalisiertes magnetisches Feld in einer Richtung praktisch parallel zur leichten Magnetisierungsachse des magnetischen Mediums liefern. Abhängig von der Polarität des Stromes 286 verläuft das mit dieser Spule erzeugte magnetische

Feld entweder parallel oder antiparallel zum angelegten magnetischen Vorspannfeld H , das durch die Quelle 290 erzeugt wird. Eine Treibfeldquelle 292 liefert ein in der Ebene des magnetischen Mediums rotierendes Treibfeld

509815/1 116

YO 9-72-0G3 - 141 -

- ^2U128°

H zur Bewegung von Domänen in Verbindung mit. der weichrnagnetischen Transporteinrichtung 294. Die Steuereinrichtung 296 liefert Steuersignale an die Impulsstromquelle 288 und die Magnetfeldquellen 29 0 und 292.

Im Betrieb existieren Streifendomänen 298 im ganzen magnetischen Medium 62, ' 1 wenn es entmagnetisiert ist. Ein an die Spule 286 angelegter Stromimpuls zerhackt die Streifendomänen 298 in Segmente, von denen einige Α-Domänen und andere B-Domänen sind. Unter Einwirkung des Treibfeldes H und der Transport- { einrichtung 294 bewegen sich diese beiden Domänentypen in Richtung des .

Pfeiles 300.

Um den Typ der vom Generator 284 abgenommenen Domänen zu bestimmen, können Α-Domänen und B-Domänen ineinander umgewandelt werden. Zu diesem Zweck ~ wird an die Spule 286 ein Stromimpuls angelegt, der durch seine Polarität ein Magnetfeld erzeugt, welches die Magnetisierungsrichtung eines Teiles einer A-Domäne in die Gegenrichtung umkehrt (d.H. in die Richtung der Magnetisierung des magnetischen Mediums 62). Somit wird eine Α-Domäne in eine B-Domäne um-

gewandelt, die sich nicht durch die ganze magnetische Schicht hindurch erstreckt

oder eine andere Wandkonfiguration hat als eine A-Domäne.

5 0 9 8 15/1116

YO 9-72-063 - 142 -

Die Amplitude des Strornimpulses zum Umschalten des Domänentyps wird so gewählt, dass der Impuls ein für diese Umwandlung geeignetes Spilzcnrnagnetfeld erzeugt. Im Falle der für magnetische zylindrische FJnzelwanddomänen üblichen Granatmaterialien ist eine Amplitude von etwa 50 bis 100 Oe geeignet. Man kann entweder einen einzelnen Stromimpuls oder mehrere benutzen, wenn · die Impulsdauer etwa 10 Millisekunden beträgt. Bei Benutzen eines Impulszuges kann die Frequenz dieses Impulszuger zwischen 10 und K)O Zyklen pro Sekunde liegen. Dem Verfahren liegt die Idee zugrunde, dass durch das Zerhacken der Streifendomänen Domänen vom Typ A und vom Typ B im Bereich der Spule 286 erzeugt werden, und dass durch die Umschaltung der Polarität eines Inipulses mit geeigneter Amplitude ein Domänentyp in den anderen umgewandelt wird und umgekehrt.

Um eine Domäne vom Typ B in eine Domäne vom Typ A umzuwandeln, wird ein Stromimpuls an die Spule 286 mit einer solchen Polarität angelegt, dass ein Magnetfeld erzeugt wird, dessen Richtung der Richtung des Vorspannmagnetfeldes H entgegengesetzt ist. Das durch den Strom in der Spule 286 erzeugte Impulsmagnetfeld dreht die Magnetisierungsrichtung des Mediums G2 in dem Bereich unter einer Domäne des,Typs B. Dadurch wird eine Domäne vom Typ A erzeugt, die sich quer durch das magnetische Medium 62 hindurch erstreckt. Es sind hierfür dieselben Stromimpulswerte geeignet, wie für die Umwandlung

5 0 9 815/1116

YO 9-72-063 - 143 -

einer Domäne des Typs A in eine Domäne des Typs B, d.h., es gelten dieselben Parameter fur Amplitude, Dauer, Frequenz etc.

Eine Abfühleinrichtung 3 02 stellt fest, ob eine durchlaufende Domäne zum

Typ A oder zum Typ B gehört. In diesem Falle besteht die Abfühleinrichtung *

302 aus einem Abfühlelement 304, das z.B. ein magnetoresistiver Fühler sein kann. Eine Stromquelle 306 liefert einen Messstrom I durch das Element 304

und ein Spannungssignal V wird am Element 304 erzeugt, wenn eine Domäne nahe vorbeiläuft. Die Stärke dieses Signales ändert sich abhängig davon, ob eine Domäne vom Typ A oder vom Typ B abgefühlt wird. Diese Unterscheidung wird klar durch die Steuerung 3 08 getroffen, die entsprechend einen Steuerstrom in den Leiter 310 liefert, um Domänen zusammenbrechen zu lassen, die zur.: unerwünschten Typ gehören. Daher bewegt sich ein Muster von Domänen in Richtung des Pfeiles 312 zu einer Eingabeeinrichtung 38 oder zu einer anderen Schaltung zum Speichern verschiedener Domänentypen, wie sie beispielsweise in Fig. 34 für Domänen mit verschiedenen Ablenkeigenschaften dargestellt wurde. ■ "

Fig. 36 veranschaulicht auch ein,Verfahren zum Lesen von Domänen mit verschiedener Grosse, mit denen die vom Gitter 30 entnommene Information bestimmt werden kann. Wenn das sich in Richtung der Pfeile 300 bewegende

50981 5/1116

YO 9-72-0G3 - 144 -

Domänenmuster z.B. das Muster von Domänen aus einer Reihe im Gitter ist, die dem Gitter durch das Uebertragungsregister 154 und das Schieberegister 156 (Fig. 29) entnommen wurde, kann man leicht eine Fühleinrichtung 302 benutzen. Auch weisen bei optischer Betrachtung die Domänen .vom Typ Λ und vorn Typ B eine unterschiedliche Grosse auf, so dass sie auch mittels eines gebrauch-" liehen optischen Verfahrens beispielsweise in polarisiertem Licht durch Ausnutzung des Kerr-Effektcs oder des Faraday-Effektes gelesen werden· können.

Ein anderer geeigneter Fühler ist eine Leiterschleife, an der die verschiedenen Domänentypen vorbeilaufen. Die Leiterschleife fühlt eine Flussänderung durch die grossen'Α-Domänen ab, die sich von der Flussänderung durch die kleineren B-Domänen unterscheidet. Diese Art der Abfühlung ist auch in einer US Patentanmeldung mit der Seriennummer 319.130 vorgeschlagen. Die oszillierende Abfühlung ist ebenfalls in einer US Patentanmeldung mit der Seriennummer 267.877 vom 30. Juni 1972 beschrieben und kann genausogut angewandt werden.

Die Codierung in Domänen mit unterschiedlicher Grosse kann einige Probleme bei der Bildung regelmässiger Gitter aufwerfen, wenn die Grössen der Einzelwanddomänen nicht einigermassen dicht beieinander liegen. Diese Art codierter

BAD ORIGINAL

509815/1116

YO 9-72-063 - 145 -

2U1280

Domänen lässt sich trotzdem in einer beträchtlichen Anzahl von Gittersystemen verwenden.

Codierung durch den Magnetisierurigsdrehsinn Im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 13, Nr. 10, Seite 3021, (March 1971) steht ein Artikel von G.R. Henry mit dem Titel "Magnetic Domain Wall Information Storage", in dem der Autor feststellt, dass die verschiedenen Drehstellungen der Magnetisierung, die in den Wänden von EinzeJwanddomünen auftreten, zur Informationsspeicherung benutzt werden können. Anstatt das Fehlen oder Vorhandensein von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen zur Informationsdarstellung zu benutzen, wird hier vorgeschlagen, den rechtsgerichteten oder den linksgerichteten Magnetisierungsdrehsinn dazu zu verwenden. Information kann beispielsweise ausgelesen werden, indem man eine unbekannte Domäne mit hoher Geschwindigkeit mit einer "Referenzdomäne" mit bekanntem Magnetisierungsdrehsinn kollidieren lässt. Das Trägheitsmoment der Domänenwand treibt die Domänen in eine innige Berührung und wenn sie denselben Drehsinn haben, prallen sie auseinander .Wenn sie entgegengesetzten Drehsinn haben, wachsen sie zusammen. Die Existenz von einer oder zwei

Domänen nach der Kollision ist somit eine Anzeige für den Magnetisierungsdrehsinn, nachfolgend kurz M-Drehsinn genannt, der unbekannten Domäne.

BAD ORIGINAL 509815/1116

YO 9-72- 063 - 146 -

²⁴⁴¹²⁸°

Mit diesem Verfahren kann man Information in Form von so codierten magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in die Gitteranordnung 30 geben. Ein absolut stabiler Domänenzustand kann eine Domänenwandkonfiguration mit reiner Rechtsausrichtung oder Linksausrichtung des M-Drehsinnes gemäss der Darstellung in den Figuren 37A und 37B haben. Hier haben die Einzelwanddomänen BD Domänenwände 313, in denen die Richtung der Magnetisierung durch die Pfeile 314 dargestellt ist. Der rechtsgerichtete M-Drehsinn ist in Fig. 37 A gezeigt, der linksgerichtete in Fig. 37B.

Eine andere Unterscheidungsmöglichkeit für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen mit reinen M-Drehsinnstellungen entweder nach links oder nach rechts arbeitet mit einem in der Schichtebene liegenden Magnetfeld, das in den Figuren 37A und 37B als Magnetfeld H bezeichnet ist. Dieses Magnetfeld verursacht eine Präzessionsbewegung der Magnetisierungsvektoren 314 in den Wänden der Domänen BD, so dass sich diese Domänen in einer Richtung parallel oder antiparallel zum Magnetfeld H bewegen. Die Domäne in Fig. 37A bewegt sich z.B. in Richtung des Pfeiles 316, wenn der Impuls H angelegt wird, während die Domäne in Fig. 37B sich in Richtung des Pfeiles 318 bei Anlegen des Impulses H> bewegt. Die Domänen mit rein nach rechts oder nach links gerichtetem M-Drehsinn können somit unterschieden werden, indem man ihre Verschiebungen bei Vorhandensein eines in der Ebene liegenden Magnetfeldimpulses beobachtet.

509815/1116

YO 9-72- 063 - 147 -

^2U1280

Fig. 38 zeigt die Form eines für die Verschiebung von Domänen mit reinem M-Drehsinn geeigneten magnetischen Feldimpulses II . Für die Anstiegszeit

und Abfallzeit des Impulses H für seine Verwendung zum Lesen von im M-

Drehsinn codierten Domänen gibt es bestimmte Forderungen. Die optimale Amplitude des Impulses H ist z.B. ungefähr 8M , woebei M die Magneti- ' ,

χ ss

sierung des magnetischen Domänenmaterials ist. Die Anstiegszeit des Impulses H sollte kleiner sein als der Näherungswert y (H_c ⁺ & cc 1{._Λ ) worin ⁰C der Dämpfungskoeffizient des Einzelwanddomänenmaterials und ^- die gyromagnetische Kontstante des Materials ist. Für ein praktische verfpgbares Eisengranatmaterial einer seltenen Erde mit niedrigem Verlust. (^=l,7xlO⁷ sec "¹Oe,^= 10~², H , = 0,30 Oe, M - 20 Gauss), liegt dieser Wert bei annähernd 30 Nanosekunden.

Die Abfallzeit des Impulses H sollte ein Mehrfaches dieser höchstzu-

lässigen Anstiegszeit betragen. Unter diesen Annahmen ist die durch H erzeugte Einzelwanddomänenverschiebung ungefähr £y/f<oder mehrere Mikrometer für Granat. Mit einer Kette solcher Impulse erreicht man eine kumulative Verschiebung. Aus diesen Grössenwerten geht hervor, dass Materialien mit höheren Dämpfungskodffizienten erwünschter sind.

Durch die Sättigungsgeschwindigkeitseffekte in den Materialien ist eine solche Forderung kein nachteiliger Faktor für die Geschwindigkeit der Einzelwanddomänen.

BAD ORIGINAL

509815/1116

YO 9-72-063 · - 148 -

Es wurde gefunden, dass ein Impuls des magnetischen Vorspannfeldes II senkrecht zur Ebene des magnetischen Materials den M-Drehzustand der Einzelwanddomäne beeinflussen kann. Aenderungen im magnetischen Vorspannfeld können daher zu einer Umschaltung des rechts gerichteten M-Drehsinnes in einen linksgerichteten und umgekehrt führen. Im allgemeinen reicht * l eine Aenderung im Vorspannfeld mit der annähernden Grosse von 2.Tc-^t-:. 4_5ί./··. aus, um den Informationszustand der Einzelwanddomäne zu verändern. Hier ist Δ die Breite einer Blochlinie und h die Dicke des magnetischen Materials.'

BL ;

Das als Leseeinrichtung gebaute Gerät muss daher sorgfältig so konstruiert „

werden, dass Gradienten in der Magnotfol'Iv.vi - ; ■■·. n-n-cf senkrecht zur magnetischen Schicht nicht auftreten. Deswegen werden die in den Figuren 39 und 40 dargestellten Vorrichtungen veiwendet.

In Fig. 39 ist das magnetische Material 62 von einer stromführenden Spule 320 umgeben, die als Teil einer Le se einrichtung dazu dient, die M-Drehstellung einer Domäne und damit den Informationszustand zu ermitteln. Die Spule 320 ist an eine Stromquelle 322 angeschlossen, die einen Strom I liefert. Der Strom in der Spule 32 0 baut ein magnetisches Impulsfeld H In der Ebene des Mediums 62 auf. >

BAP OBiGlNAL

5 0 9 815/1116

YO 9-72-063 -14P-

Im Betrieb veranlasst das magnetische Impulsfeld H eine Bewegung der Einzelwanddüinäne BD in Richtung der Pfeile 316 oder 318, abhängig vom M-Drehzustand der Einzelwanddomnnen. Die Detektoren 3?.2A und 322 B, beispielsweise magnetoresistive Detektoren, bestimmen die M-Drehstellung der Domänen und sind je an eine Benutzereinrichlung 44 angeschlossen.

Während die Amplitude des magnetischen Impulses H^mit der Zeit aLfäHl, unterliegen die Magnetisierungsvektoren 314 einer Präzessionsbewegung in Rückwärtsrichtung, verglichen mit der ursprünglichen, und folglich bewegen sich die magnetischen Einzelwanddomänen jetzt rückwärts. Diese verschiedenen Bewegungen der Domänen mit unterschiedlichem M-Drehsinn bei Anlegen des Magnetfeldimpulses kann man z. R mit einem Mikroskop beobachten.

Mit stromführenden Spulen erhält man nur schwer magnetische Impulse mit ausreichend kurzen Anstiegszeiten. Die in Fig. 4 0 dargestellte Vorrichtung verwendet daher Leiterstreifen für die Erzeugung eines in der Ebene liegenden Magnetfeldes mit hinreichend kurzer Aufbauzeit. In Fig. 4 0 ist ein relativ breiter Leiter 324 an eine Stromquelle 326 angeschlossen, die den Strom I liefert. Die Leiter C und C¹. sind mit der Stromquelle 328 über die Widerstände Rund R¹ verbunden. Mit der Steuereinrichtung 330 werden die Stromquellen 326 und 328 geschaltet.

509815/1116

YO 9-72 -063 - 150 -

BAD ORIGINAL

Das magnetische Grundfeld H in der Ebene wird durch den Strom I im

χ χ

Leiter 324 aufgebaut. Um die Gradienten im nayneti sehen Vorspannfeld senkrecht zur Ebene dos magnetischen Materials 62 möglichst klein zu halten, baut der Strom in den Leitern C und C Magnetfelder auf, die jedes Gradientenmagnetfeld im Bereich unter dem Leiter 324, wo der M-Drehsinn festgestellt werden soll, aufheben wollen. Der M-Drehsinn wird so genau bestimmt und nicht durch magnetische Störimpulse in der z-RJchtung oder durch Gradienteivin der ζ-Richtung des Magnetfeldes umgeschaltet.

Die in Fig. 34 dargestellte Vorrichtung kann magnetische Einzelwanddomänen mit reinen M-Drehzuständen liefern. Durch Anlegen von Magnetfeldimpulsen senkrecht zum magnetischen Material werden Streifendomänen aufgeteilt und Domänen mit reinem M-Drehsinn erzeugt. Diese können von anderen '_

Domänen abgetrennt werden, indem man mit der in Fig. 34 gezeigten Vorrichtung die minimale Ablenkung in einem Gradientenmagnetfeld beobachtet. Ausserdem kann man Domänen mit dem einen M-Drehsinn in Domänen mit dem anderen M-Drehsinn umschalten, indem man Magnetfeldimpulse senkrecht zur Magnetschicht 62 anlegt, wenn diese Funktion erwünscht ist.

HI ANDERE ARTEN VON GITTERSYSTEMEN (FIGN. 41 BIS.48)" Der Grundgedanke der Anwendung von Gitteranordnungen mit wechselwirkenden » Elementen für datenverarbeitende Systeme wird anhand des in den Fign. 41

50981 5/1116

YO 9-72-063 -151-

2U1280

bis 48 dargestellten Demonstrationsmodells als spezielles Ausführungsbeispiel erläutert. Die wechselwirkenden Elemente 32 werden hier einfach dadurch gebildet, dass kleine Permanentmagnete an Styroporkugeln befestigt werden, die auf der Oberfläche einer Flüssigkeit, wie z.B. Wasser frei schwimmen können. Diese magnetischen Styroporschaumkugeln stehen mit- * einander in Wechselwirkung und können in eine abgegrenzte Anordnung, wie z.B. eine Gitteranordnung, hinein und aus ihr heraus bewegt werden. D*ie Codierung erfolgt am einfachsten durch unterschiedliche Färbung dieser Styroprokugeln oder indem man ihnen verschiedene physikalische Eigenschaften gibt.

Fig 41 zeigt eine perspektivische Ansicht solcher abgegrenzter Anordnungen, die Styroporkugeln mit darin enthaltenen Magneten verwenden. In einem Tank befindet sich eine Flüssigkeit 336, welche die wechselwirkenden Elemente tragen kann. Diese können frei auf der Flüssigkeit 336 schwimmen und Wechselwirkung skräf te aufeinander ausüben, welche die gegenseitige Lage der Elemente 32 relativ zueinander bestimmen. Zwei Gitter 30 und 30' sind in Fig. dargestellt, von denen jedes eine Vielzahl von wechselwirkenden Elementen 32 enthält.

Die im Tank 334 verwendeten wechselwirkenden Elemente sind in Fig. 42 genauer dargestellt. Jedes dieser Elemente 32 besteht aus einem Material,

509815/1116

YO 9-72-063 · -Ί52 -

das auf der Flüssigkeit 336 schwimmt. Kleine Permanentmagnete 338 sind in jedem der Elemente 32 zur Ausübung von Wechselwirkungskräften angeordnet. In Fig. 42 ist eines der wechselwirkenden Elemente 32 an seiner Oberseite schwarz gefärbt, um eine vom anderen Element verschiedene Information darzustellen. Die in der Figur angegebenen Abmessungen der Elemente und der Permanentmagnete 338 wurden bei der Verwendung und dem Betrieb eines Gittermodells mit Styroporkugeln benutzt. In diesem Fall hatten die magnetischen Elemente Durchmesser von 25 mm, während die Permanentmagnete 5mm χ 13 mm gross waren. Die Flüssigkeit 336 war Wasser. Äbhäncjig von der Reihenfolge heller und dunkler Styroporkugeln 32 in den Gittern 30 und 30' erhielt man ein Informationsmuster, welches durch einen ,Beobachter oder durch einen optischen Abtaster 339 (Fig. 41) direkt beobachtet werden kann.

Fig. 43 zeigt eine schematische Anordnung der Komponenten das Systems der Fig. 41. Die beiden Gitter 30 und 30' verfügen an einander gegenüberliegenden Enden über Schieberegister 338A und 338B, die zur Uebertragung von Information in die Gitter 30 und 30 sowie zur Aufnahme zur Information aus diesen Gittern benutzt werden.

Die für die Gittergrösse und den Abstand zwischen den Gittern angegebenen Masse fanden in dem oben beschriebenen Beispiel mit den 25 mm grossen wechselwirkenden Elementen 32 Verwendung, d.h., die in Fig. 43 gezeigte

YO 9-72-063 50 9 8

Anordnung hatte ein Ausmass von 910 mm im Quadrat. Jedes Gitter 30 und 30' enthielt 16 Zeilen mit je 8 wechselwirkenden Elementen.

Die Anordnung in Fig. 43 enthält auch eine Einrichtung, mit der Elemente 32 in das Gitter hinein und aus dem Gitter heraus gebracht werden. Diese Einrichtung ist für jedes Gitter 30 und 30' vorgesehen. Im beschriebenen Beispiel dienen Leitermuster als Eingabe- und Ausgabeeinrichtung und als Schieberegister zur Bewegung von Elementen von einem Muster zum andern. Diese Leitermuster können räumlich übereinander angeordnet sein und innerhalb der im Tank verwendeten Flüssigkeit 336 verlaufen. Insbesondere bei-der Verwendung von Wasser beeinflusst dessen Leitfähigkeit den Betrieb der aus elektrischen Leitern bestehenden Eingabe/Ausgabeeinrichtung und der Schieberegister nicht.

Fig. 44 zeigt die Eingabe- und Ausgabeeinrichtung für jedes der Gitter 30 und 30'. Die Bewegungsrichtung der Elemente 32 ist durch die Pfeile Al, A2 und ΑΓ, A2' angegeben. In dieser Figur ist die Eingabeeinrichtung für das Gitter 30 mit der Bezugszahl 38 und die Ausgebeeinrichtung mit 40 bezeichnet. Entsprechend ist die Eingabeeinrichtung für das Gitter 30' mit 38' und'die Ausgabeeinrichtung mit 40' bezeichnet.. Diese Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen bestehen aus stromführenden Leitern C2, C3 und C4. Nach der Dar-

50 9815/1116

YO 9-72-0G3 - 154 -

stellung in Fig. 44 ist die Lage bezw. Reihenfolge der Leiter C3 und C4 an der Eingabe - und Ausgabeeinrichtung vertauscht, so dasss die Stromfolge in Fig. 47 eine Elementenzeile in der Bewegungsrichtung Al und ΛΓ ausstösst und gleichzeitig eine Elementenzeile in der Bewegungsrichtung A2undA2' injiziert. . ■

Mit dem Leiter Cl werden die Gitter 3 0 und 30' gegeneinander abgegrenzt. Schleifen der Leiter C2, C3 und C4 dienen der weiteren Abgrenzung der Gitter 30 und 30'.

Der Leiter Cl ist mit einer Stromquelle 340 verbunden, die Leiter C2, C3 und C4 entsprechend mit Stromquellen 342, 344 und 346. Die verschiedenen Stromquellen 34 0 bis 346 empfangen Eingangssignale von der Steuereinrichtung 348, um die Bewegung der wechselwirkenden Elemente 32 richtig zu synchronisieren.

Die Schieberegister 338A und 338B sind in Fig. 44 als gestrichelte Kästen dargestellt. Sie bestehen ebenfalls aus Leitungsmustern und können in einer Ebene über oder unter den Leitern Cl bis C4 angeordnet werden, die zur Begrenzung und/öder Eingabe/Ausgabe dienen. Die Leiter Cl bis C4 können in ■ derselben Ebene liegen. Die Schieberegister sind in der Fig. 48 dargestellt, 'die später genauer beschrieben wird.

50981 5/1116

YO 9-72-053 ' - 155 -

Die Fign. 45A bis 4 5C zeigen die Lage eines wechselwirkenden Elementes beim Ausstoss aus dem Gitter 30'. Diese Figuren gelten für verschiedene Zeiten T = 1, 2 bzw. 3. Das Fliessen von Strömen in den Leitern wird durch Pfeilspitzen an den Leitern angezeigt, welche die Stromflussrichtung angeben,. Zur Zeit T = I fliesst z.B. ein Strom im Leiter C2, aber nicht in den Leitern C3 und C4. Die Fign. 45A bis 45C zeigen die Bewegung des Elementes 32 von innerhalb des Gitters in eine Lage ausserhalb des Gitters. Wenn das Element ausserhalb des Gitters z.B. in der in Fig. 45A gezeigten Lage ist, wird das Element 32 durch ein darunterliegendes Schieberegister in ein anderes Gitter oder an eine andere Stelle in der Anordnung bewegt. In dem in Fig. 44 gezeigten Fall würde das Schieberegister 338B das Element 32 in die Eingabeeinrichtung 38 für das Gitter 30 bewegen, wo es in das Gitter 30 eingegeben werden könnte.

Die Fign. 46A bis 46C zeigen die Arbeitsweise einer Eingabeeinrichtung 38 zur Bewegung eines Elementes 32 in die Gitteranordnung 30. Die Ströme in den Leitern C2, C3 und C4 sind durdi Pfeile angegeben, wie in den Fign. 45A bis 45C. Wenn das Element 32 sich von einer Lage ungefähr in der Mitte auf dem Leiter C4 in eine Lage innerhalb der Leiterschleife C2 bewegt, hat es sich in das Gitter 30 hineinbewegt.

509815/1116

YO 9-72-063 - 156 -·

2U1280

Für das beschriebene Beispiel werden die 25 mm grossen wechselwirkenden Elemente durch die Leiter 02 bis C4 bewegt, wenn Ströme mit einer Amplitude von ungefähr 30 Ampere in diesen Leitern fHessen, d.h. die Stromquellen 342 bis 346 liefern für diese Art von wechselwirkenden Elementen Ströme von etwa 3 0 Ampere.

Fig. 4 7 zeigt das Vorhandensein von Stiömen in den Leitern C2, C3 und CA, während der Verschiebung von Elementen in den Registern 338A und 338B, dem Ausstoss von Elementen aus einem Gitter und dem Injizieren von Elementen 32 in ein Gitter. Die grossen Punkte zeigen an, dass in bestimmten Leitern Strom fliesst, während ein fehlender Punkt zeigt, dass der Leiter nicht stromführend ist. Zur Abgrenzung der Elemente 32 in der Gitteranordnung fliesst im Leiter Cl immer Strom.

Fig. 48 zeigt ein für die Schieberegister 338A und 338B geeignetes Leitermuster. Dieses Register besteht aus den Leitern C5, C6, C7 und C8. Die Leiter 05, C6 und C7 bilden ein dreiphasiges Leiter-Transportmuster, während der Leiter C8 eine Schleife ist, die als Führungsschiene dient, um die wechselwirkenden Elemente 32 in der richtigen Transportspur zu halten.

5 0 9815/1116

YO 9-72-063 - 157 -

Die Leiter C5 bis C8 sind mit Stromquellen 350, 352, 354, bzw. 356 verbunden, welche Eingangssignale von der in Fig. 44 gezeigten Steuereinrichtung 348 empfangen.

Wiederholte Folgen von Stromzyklen werden während der Zeit Tl angelegt, um eine ausgestossene Elementenreihe von den Ausgabeeinrichtungen 4 0 und 40' an die Eingabeeinrichtungen 38 bzw. 38' zu bewegen. Aufeinanderfolgende Lagen eines Elementes 32 während eines Zyklus der Schieberegisteroperation sind mit A, B und C in Fig. 48 bezeichnet. Fig. 49 zeigt die verschiedenen, während eines Zyklus der Schieberegisteroperation zur Bev/egung eines Elementes 32 von der Lage A in die Lage B und die Lage C benutzten Ströme. In dieser Figur bedeutet ein Pluszeichen, dass ein Strom im angegebenen Leiter fliesst. Dieser Strom teilt sich gleichmässig und kehrt durch die Transportleiter mit der Bezeichnung G zurück. Ein Element 32 bewegt sich z.B. von der Lage A in die Lage B des Registers 338, wenn die Leiter C5 und C7 geerdet sind und die Leiter C6 und C8 Strom führen.

Im beschriebenen speziellen Beispiel mit den in Fig. 42 gezeigten wechselwirkenden Elementen von 25 mm>Durchmesser brauchte man zum Verschieben Stromamplituden von etwa 6 Ampere, d.h. solche Ströme wurden von den Stromquellen 350 bis 356 geliefert.

509815/1116

YO 9-72-063 - 158 -

Das in den Tign. 41 bis 49 dargestellte Ausführungsbeispiel eignet sich gut zur Demonstration der Anwendung von Anordnungen abgegrenzter wechselwirkender Elemente für die Speicherung von Information und für optische Darstellungen. Die wechselwirkenden Elemente 32 können z.B. entsprechend ihrer Farbe zu Mustern aus hellen un<3 dunklen Elementen codiert werden, ' i

die durch Menschen oder durch ein optisches Gerät betrachtet werden kennen. Andererseits kann man Information auch codieren, indem man beispielsweise durch aufgesetzte Metallkappen einigen Elementen einen anderen elektrischen J

Widerstand verleiht. _

509815/1116

YO 9-72-063 - 159 -

Claims (1)

1. 2U123Q

   Patentansprüche *A6 O ·

   l) .Massenspeicher für durch magnetische zylindrische Einzelwanddomänen darstellte Information, welcher Speicher__ausfeiner unter Einfluss eines magnetischen Stützfeldes zur Stabilisierung der magnetischen zylindrischen Domänen stehenden, monokristallinen oder amorphen und ferro-oder ferri- '

   magnetischen Dünnschicht, genannt Speicherschicht, mit den zugehörigen Schreib- und Lesevorrichtungen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass'zur Informationsdarstellung magnetische zylindrische Domänen unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften dienen, dass magnetische zylindrische Domänen in vorgegebenen Speicherschichtbereichen unter vorgegebener Magnetfeldgradientenwirkung als äusserer Kraft derart eingeschlossen sind, dass die durch die gegenseitige Abstossung der magnetischen zylindrischen Domänen bedingte innere Kraft mit der äusseren Kraft im Gleichgewicht ist, indem sich so ein auf allen Gitterplätzen mit magnetischen zylindrischen Domänen besetzte? hexagonales Domänengitter ausbildet, und dass mit Hilfe der Schreib- und Lesevorrichtungen an den Randzonen der genannten Speicherschichtbereiche zur Speicherein- und -ausgabe von magnetischen zylindrischen Domänen in Richtung einer der im Domänengitter um 60 zueinander versetzt liegenden

   Domänenreihen der Magnetfeldgradient entsprechend änderbar ist.

   YO 9-72-063 - 160 -

   5 0 9 815/1116

   2441230

   Massenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form einer äusseren Begrenzungseinrichtung zum Einschliessen des Domänengitters so gestaltet isT, dass die Ausbildung eines regulären hexagonalen Gitters begünstigt ist, wobei gradlinige Kanten Winkel von 60 bzw. 120 miteinander einschliessen.

   Massenspeicher nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Begrenzungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie einen Magnetfeldgradienten bereitstellt, der abstossende magnetische Kräfte auf die Domänenreihen der Randzonen des Domänengitters liefert, welche in gleicher Weise wirken, wie wenn dort anstelle der Begrenzungseinrichtung eine dicht gepackte benachbarte Domänenreihe vorhanden wäre.

   Massenspeicher nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Begrenzungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie einen Magnetfeldgradienten bereitstellt, der anziehende magnetische Kräfte auf die Domänenreihen der Randzonen des Domänengitters liefert, so dass dort eine Domänenreihe anhaftet, deren Wechselwirkungskräfte ihrerseits die Begrenzungsfunktion für das Domänengitter ausüben.

   Massenspeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung aus auf der Speicherschicht angeordneten elektrischen Leitern besteht, deren durchmessende Ströme den Magnetfeldgradienten bereitstellen.

   Massenspeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung aus auf der Speicherschicht angeordneten Leitstrukturen aus magnetischen Werkstoffen besteht.

   5 0 9 815/1116

   YO 972-Ö63 - 161 -

   . Massenspeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung_-ays.-B.ereichen der Speicherschicht besteht, deren magnetische Eigenschaften örtlich verändert sind.

   . Massenspeicher mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Existenz von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in der Speicherschicht notwendige Stützfeld in der gesamten Speicherschicht gleichmässig wirksam ist.

   . Massenspeicher nach Anspruch 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass das für die Existenz von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in der Speicherschicht notwendige Stützfeld in verschiedenen Bereichen der Speicherschicht mit unterschiedlicher Feldstärke wirksam ist.

   10. Massenspeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die. Feldstärke des Stützfeldes im Citterbereich geringer ist als ausserhalb.

   11. Massenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen zur Einfächerung und Ausfächerung von Domänen in den Gitterbereich vorgesehen sind, welche die variablen Magnetfeldgradienten bereitstellen, um isolierte Domänen mit weitem gegenseitigen Abstand aus Speicherschichtbereichen ausserhalb in den Gitterbereich einzubringen, wo sie entsprechend der Gitterstruktur dicht gepackt sind, und umgekehrt.

   12. Massenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen für die Eingabe und Ausgabe von Domänenreihen in den (bzw. aus dem) Gitterbereich vorgesehen sind, welche räumlich gestaffelte Leiteranordnungen aufweisen, die mittels zeitlich gestaffelter Stromimpulse die notwendigen Magnetfeldgradientenänderungen aufbringen, um die gleichzeitige Verschiebung einer Domänenreihe zu bewirken.

   509815/11 IS

   YO 972 063 - 162 -

   13. Massenspeicher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung so getroffen ist, dass die Eingabe einer Domänenreihe in den Gitterbereich am einen Ende eitfe^gerrreinsame Verschiebung aller Domänen im Gitterbereich sowie die gleichzeitige Ausgabe einer Domänenreihe am anderen Ende des Gitterbereiches bewirkt.

   14. Massenspeicher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsweise einer Eingabeeinrichtung durch Änderung der Stromimpulsfolge in die Arbeitsweise einer Ausgabeeinrichtung umwandelbar und umgekehrt ist.

   15. Massenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zugehörigen Schreibvorrichtung eine Einrichtung zum Codieren der zylindrischen Einzelwanddomänen durch Änderung der Eigenschaften ihrer Wandmagnetisierung vorgesehen ist.

   16. Massenspeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Codiereinrichtung Vorrichtungen enthält, um Zylinderdomänen zu erzeugen, welche eine unterschiedliche Anzahl von vertikalen Blochlinien in der Domänenwand enthalten.

   17. Massenspeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Codiereinrichtung Vorrichtungen enthält, um Zylinderdomänen zu erzeugen, welche in einem gerichteten Magnetfeld unterschiedliche Ablenkeigenschaften erkennen lassen.

   18. Massenspeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die

   Codiereinrichtung Vorrichtungen enthält, um Zylinderdomänen zu erzeugen, welche einen unterschiedlichen Schraubensinn der Wandmagnetisierung aufweisen.

   19. Massenspeicher nach Anspruch 1-18, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zugehörigen Lesevorrichtung eine Einrichtung zum Abfühlen und Erkennen unterschiedlicher Eigenschaften der Wandmagnetisierung von zylindrischen Einzelwanddomänen vorgesehen ist.

   50981B/1116

   YO 972 063 - 163 -