DE2441280B2 - Massenspeicher fuer durch magnetische einzelwanddomaenen dargestellte information - Google Patents

Description

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im Bereich eines Domänenschichtgitters geringer ist als außerhalb.

9. Massenspeicher mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen für die Eingabe und Ausgabe von Domänenzeilen bzw. -spalten in den bzw. aus dem Schichtgitterbereich vorgesehen sind, die aus mindestens zwei parallel hierzu verlaufenden Leiteranordnungen bestehen, die mittels zeitlich gestaffelter Stromimpulse die notwendigen Magnetfeldgradientenänderungen aufbringen, um die gleichzeitige Verschiebung einer Domänenzeile bzw. -spalte zu bewirken.

10. Massenspeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsweise einer Eingabeeinrichtung durch Änderung der Stromimpulse in die Arbeitsweise einer Ausgabeeinrichtung umwandelbar und umgekehrt ist.

11. Massenspeicher mindestens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schreibvorrichtung eine Einrichtung zum Codieren der magnetischen Einzelwanddomänen durch deren unterschiedliche Wandmagnetisierung vorgesehen ist.

12. Massenspeicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung Vorrichtungen enthält, um Einzelwanddomänen zu erzeugen, die eine unterschiedliche Anzahl von vertikalen Blochlinien in der Domänenwand enthalten.

13. Massenspeicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung Vorrichtungen enthält, um Einzelwanddomänen zu erzeugen, welche in einem gerichteten Magnetfeld unterschiedliche Ablenkeigenschaften bezüglich ihrer Fortbewegung in der Speicherschicht besitzen.

14. Massenspeicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiereinrichtung Vorrichtungen enthält, um Einzelwanddomänen zu erzeugen, welche unterschiedliche Chiralitäten der Wandmagnetisierung aufweisen.

15. Massenspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lesevorrichtung eine Einrichtung zum Abfühlen und Erkennen unterschiedlicher Wandmagnetisierungseigenschafte.i der Einzelwanddomänen vorgesehen ist.

ho Die Erfindung betrifft einen Massenspeicher wie er dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu entnehmen ist.

Es sind verschiedene Einrichtungen bekannt, bei denen frei bewegbare Einheitselemente in großer Anzahl unter gegenseitiger Beeinflussung bzw, in Wechselwirkung stehend, sich spontan zu einem hexagonalen Muster ordnen. So besitzen z. B. magnetische Einzelwanddomänen Streufelder, die Wechselwirkungskräfte hervorrufen können, wenn solche Domänen dicht genug einander benachbart sind, so daß die magnetischen Streufelder miteinander koppeln. Die US-Patente 36 89 902 und 37 01 125 beschreiben magnetische Einzelwanddomänensysteme, in denen die Funktionen der Speicherung, der Decodierung, des Schreibens und Lesens dargestellt sind. Diese herkömmlichen Systeme werden jedoch im allgemeinen so ausgelegt, daß die Wechselwirkungen zwischen den magnetischen Einzelwanddomänen möglichst klein gehalten werden. Gerade weil derartige Wechselwirkungen unter Umständen zu einer nachteiligen Ablen-

kung der Einzelwanddomänen bei ihrer Fortbewegung führen können, sind bisher solche Konstruktionen immer als vorteilhaft angesehen worden. Auch benutzen herkömmliche Systeme magnetische Leitungspfade, um jeweils die mögliche Bahn sich fortbewegender Einzelwanddomänen im System im voraus festzulegen. Im allgemeinen wird in diesen herkömmlichen Systemen weiterhin die Informationsspeicherung unter Ausnutzung einer Codedarstellung mit Vorhandensein und Fehlen magnetischer Einzelwanddomänen an jeweils vorgesehenen Plätzen bzw. zu jeweils vorgegebenen Zeiten bewirkt.

Neuere Arbeiten auf dem Gebiet der magnetischen Einzelwanddomänen benützen andere Code-Darstellungen der Information, welche nicht mehr durch das Vorhandensein oder Fehlen magnetischer Einzelwanddomänen definiert sind. Ein Vorschlag an anderer Stelle beschreibt so beispielsweise eine mit magnetischen Einzelwanddomänen arbeitende Anordnung, in der Domänen unterschiedlicher Größe die verschiedenen Informationswerte darstellen. Auf diese Weise können alle Bitpositionen des Systems gefüllt werden, und die Größe der Domäne an einer Bitposition bestimmt dann jeweils den zugehörigen Informationswert.

Ein anderes vorgeschlagenes, magnetische Einzelwanddomäne mit unterschiedlichen Magnet- und/oder Formeigenschaften ausnutzendes Gerät nutzt unterschiedliche Anordnungen vertikaler Blochlinien in der Domänenwand-Magnetisierung aus, um magnetische Einzelwanddomänen entsprechend zu codieren. Durch Steigerung der magnetischen Feldstärke der Stützfelder bis zur Zusammenbruchsfeldstärke der Domänen zeigen sich je nach Codierung unterschiedliche Verhaltensweisen, die sich zum Lesen ausnutzen lassen. So zeigt sich, daß diejenige Feldstärke, bei der eine Einzelwanddomäne zusammenbricht, eine Funktion der Anzahl vertikaler Blochlinien in der Domänenwand ist. Verschiedene Binär-Zustände lassen sich daher durch Domänen darstellen, indem eine jeweils unterschiedliche Anzahl vertikaler Blochlinien in ihren Domänenwandungen ausgenutzt wird. Es sind dabei nicht nur binäre, sondern auch höherwertige digitale Codierungen möglich.

Es ist noch ein weiteres mit magnetischen Einzelwanddomänen unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften arbeitendes Gerät vorgeschlagen worden. Dort werden die Domänen nach ihren Bewegungsrichtungseigenschaften in einem senkrecht zur Speicherschicht-Ebene wirkenden Magnetfeld codiert. Abhängig vom Winkel, um den diese Domänen bei ihrer Fortbewegung seitlich abgelenkt werden, lassen sich unterschiedliche digiale Werte zuordnen.

Schließlich ist eine Codiertechnik für magnetische Einzelwanddomänen im IBM Technical Disclusure Bulletin, VoI 13, Nr. 10, März 1971 auf Seite 3021 beschrieben. Doer ist die Codierung entsprechend der Chiralität der Wandmagnetisierung magnetischer Einzelwanddomänen vorgesehen. Zum Auslesen der Chiralität dient eine Referenzeinzelwanddomäne, in die eine unbekannte Einzelwanddomäne gezwungen wird, so daß eine Kollision herbeigeführt wird, die dann die Chiralität der unbekannten Einzelwanddomäne erkennen läßt.

Bisher ist bei bekannten Einrichtungen mit magnetischen Einzelwanddomänen, insbesondere bei denen zur Informationsspeicherung, wenig Wert auf höchst erreichbare Packungsdichte gelegt, wobei zuverlässige Betriebsbedingungen vorliegen und möglichst wenig Zusatzeinrichtungen erforderlich sind. So ist bisher versucht worden, hohe Dichten beispielsweise durch Verwendung immer kleinerer magnetischer Einzelwanddomänen und durch Reduzierung der Leitungs-S breite von zum Bewegen dieser Einzelwancidomänen benutzten Leitungsstrukturen zu erreichen. (Zum Beispiel Herstellung kleiner T- und I-Permalloystreifenleitungen mittels Elektronenstrahlen.) Bisher ist jedoch nicht versucht worden, yon solcherart festgelegten Verfahren abzugehen, und neue Lösungen zu finden, die wirklich zu grundlegenden Verbesserungen der Systemleistung und der Packungsdichte führen können oder Wege hierzu aufzuzeigen vermögen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Informationsspeicheranordnung bereitzustellen, die unter Verwendung codierter magnetischer Einzelwanddomänen zu einem Massenspeicher hoher Pakkungsdichte führt, der eine zuverlässige Betriebsweise ermöglicht und die Anwendung relativ einfacher Herstellungsverfahren bei minimaler Anzahl von Verfahrensschritten gestattet.

Gemäß der Erfindung ist dieser Massenspeicher, wie im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben, in vorteilhafter Weise ausgeführt.

In der vorliegenden Erfindung wird also ein Schichigitter ähnlich wie ein entsprechendes Kristallgitter, aber mit in Wechselwirkung stehenden magnetischen Einzelwanddomänen benutzt, wobei die relative Lage dieser Einzelwanddomänen zueinander großen Teils durch die zwischen diesen Einzelwanddomänen existierenden magnetischen Kräfte und nicht durch die Lage von Leitstrukturen bestimmt wird, die sonst zum Bewegen und Führen von mehr oder weniger in Wechselwirkung stehenden magnetischen Einzelwanddomänen verwendet werden.

Solcherart läßt sich also in vorteilhafter Weise die angestrebte extrem hohe Packungsdichte erzielen, wobei sich Änderungen im Speicherbereich leicht durchführen lassen und strukturlose Anordnungen zur Behandlung von Dornänen mit großer interner Stabilität ermöglicht sind. Diese so in Wechselwirkung stehenden Einheitselemente können auch irgendwelche freibewegbare Elemente sein, die Positionen einnehmen, die durch zwischen den Einhcitselementen wirkenden Wechsel-Wirkungskräfte bestimmt sind. Zylindrische magnetische Einzelwanddomänen sind als spezielle Beispiele für derartige Einheitselemente anzusehen.

Um diese Einheitselemente in ein Schichtgitter der erwähnten Art hinein und aus ihm heraus zu bewegen, sowie auch innerhalb dieses Schichtgitters zu manipulieren, lassen sich verschiedene Einrichtungen anwenden. Nach Bedarf können die Einheitselemente innerhalb der Anordnung codiert sein, so daß sich ein im wesentlichen strukturfreier Speicher mit extrem hoher Dichte und interner Stabilität über einem großen Bereich von Betriebsbedingungen ergibt.

Der Nachweis für die Möglichkeit der Existenz von in Wechselwirkung stehenden magnetischen Einzelwanddomänen in Magnetschichten ist bereits erbracht.

Folgende Veröffentlichungen lassen sich hierzu ausführen.

1. S. H. C h a r ρ et al, »Behavior of Circular Domains in GdIG«, .EEE Transactions on Magnetics, Vol.

(.5 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. D r u y ν e s t e y n et al, »Calculations on Some Periodic Magnetic Domain Structures: Consequences for Bubble Devices«, Philips Research Reports, Vol.26, Nr. 1, Seiten 11-28, Februar 1971. s

4. J. W. F. Do rl e i j η 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. J on ge et al, »Bubble Lattices«, American Institute of Physics, Proceedings of 17^lh Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials, Chicago, Illinois, 1971, Section 4, Seite 130.

Obwohl hierin verschiedene Theorien und physikali- ^ sehe Eigenschaften von magnetischen Einzelwanddomären enthaltenden Netzebenen und Gittern angeführt bzw. untersucht sind, ist die Anwendung solcher Anordnungen für praktische Systeme bisher nicht in Erwägung gezogen. Diese genannten Arbeiten enthalten demnach keinen Vorschlag oder gar Anweisung, der bzw. die auf ein praktisch nutzbares System dieser Art gerichtet ist. Obwohl die Existenz von Gitterstrukturen und Netzwerken nach Art eines Schichtgitters für verschiedene Einheitselemente bereits bekannt war, ist erst mit der Erfindung der Durchbruch gelungen, derartige bekannte Merkmale für die Anwendung von Demänenschichtgittern als Massenspeicher für Information in vorteilhafter Weise auszunützen. Anstatt von bekannten Maßnahmen bei Informationsspeicherung ^₀ mittels magnetischer Einzelvvanddomänen auszugchen, wird mit der Erfindung ein völlig neuer Weg eingeschlagen, der zu Lösungen für Einrichtungen führt, die den bisherigen Anordnungen weit überlegen sind.

Wechselwirkungskräfte können also unter magnet:- sehen Einzelwanddomänen wirksam werden, wenn sie dicht genug gepackt sind. Abgesehen von der nächsten Umgebung der Begrenzung der genannten Speicherschichtbereiche werden damit die Lagen der magnetischen Einzelwanddomänen innerhalb der Speicher-Schichtbereiche im wesentlichen durch die magnetischen Wechselwirkungen 7wischen diesen Einzelwanddomänen bestimmt.

Speichereingabe/-ausgabeeinrichtungen in Form von Schreib- und Lesevorrichtungen sind zur Verschiebung der Einzelwanddomänen in einen Speicherschichtbereich bzw. und zu ihrer Entnahme hieraus vorgesehen. Die Einzelwanddomänen bilden so innerhalb des Speicherschichtbereiches ein hexagonales Muster, welches damit den Vorteil sehr dichter Packung von magnetischen Einzelwanddomänen aufweist Abhängig von den Parametern des Systems kann ein solches Domänenschichtgitter verschiedene Formen, wie Hexagon, Parallelogramm und daraus abgeleitete und/oder zusammengesetzte Figuren annehmen.

Die magnetischen Einzelwanddomänen werden in einen durch die äußere Begrenzung definierten Speicherschichtbereich eingebracht Die Lagen der magnetischen Einzelwanddomänen innerhalb dieses Speicherschichtbereiches werden wie gesagt praktisch nur durch die Wechselwirkiingskräfte zwischen den Einzelwanddomänen und nicht durch die äußere Struktur bestimmt Dank dieser Wechselwirkungskräfte können sich die magnetischen Einzelwanddomänen zu einer sehr stabilen Schichtgitterkonfiguration ordnen.

Um die Kräfte zum Halten bzw. Zurückhalten von magnetischen Einzelwanddomänen bereitzustellen, die in den Randzonen des Domänenschichtgitters liegen, ist erfindungsgemäß eine entsprechende Begrenzungsein richtung vorgesehen, die auf die magnetischen Einzel wanddomänen am äußeren Rande des Domänen schichtgitters so einwirkt, als v/enn dort weiten wechselwirkende Einzelwanddomärien vorhanden wä ren. Somit kann ein Domänenschichtgitter beliebige! Größe bzw. mit beliebiger Anzahl hierin enthaltende! wechselwirkender Domänen vorgesehen werden, da: sich, jedenfalls mathematisch in seinem Verhalten al: unendlich großes Domänenschichtgitter ansehen läßt Dieses Domänenschichtgitter kann sich nach vieler Richtungen ausdehnen und z. B. im Grenzfall auch eir eindimensionales Schichtgitter bilden.

Zur Verschiebung von wechselwirkenden Einzelwanddomänen in einen Speicherschichtbereich hineir sind Eingabeeinrichtung und zur Entnahme vor Einzelwanddomänen aus dem Speicherschichtbereich sind Ausgabeeinrichtungen vorgesehen. Diese Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen stellen Kräfte zur Überwindung der Begrenzungskräfte bereit, die zur Aufrechterhaltung des Domänenschichtgitters im vorgesehener Speicherschichtbereich benötigt werden. Unter gewissen Voraussetzungen ist das Domänenschichtgitter elastisch genug, um die Eingabe wechselwirkender Einzelwanddomänen entsprechende· Einzelwanddomänen im Domänenschichtgitter am anderen Ende des Speicherbereichs hinausschieben zu können; und zwar aufgrund einer wellenartigen Ausbreitung von Wechselwirkungskräften zwischen den Domänen im Domänenschichtgitter.

Mit den Eingabe- und den Ausgabeeinrichtungen lassen sich einzelne oder auch mehrere wechselwirkende Domänen in das Domänenschichtgitter eingeben und hieraus entnehmen. Das Domänenschichtgitter wird vorzugsweise beibehalten, obwohl es sich an sich auch während der Eingabe- und Ausgabeoperation geringfügig verändern lassen kann, um der Bedingung der vollständigen Besetzung aller hierin enthaltenen Gitterplätze jeweils zu genügen.

Zur Bereitstellung von wechselwirkenden Einzel-'■anddomänen, die in das Domänen:;chichtgitter eingegeben werden sollen, ist eine Schreibeinnchtung vorgesehen. In einer Betriebsart wird Information jedem solchen wechselwirkenden Einheitselement zugeordnet, im Gegensatz zu Systemen, bei denen binäre Information durch das Vorhandensein oder Fehlen von Einheitselementen dargestellt wird. Bei magnetischen Einzelwanddomänen als Einheitselemente kann, wie gesagt eine Codierung nach magnetischen Eigenschaften der Einzelwanddomänen erfolgen. Die Schreibeinrichtung stellt daher wechselwirkende Einheitselemente mit codierter Information für den Massenspeicher bereit wobei die Codierung nach physikalischen Eigenschaften dieser Einheitselemente selbst erfolgt In anderen Beispielen können zu magnetischen wechselwirkenden Einheitselementen Informationsträgerelemente gehören, die optisch verschieden sind. Auch können elektrische oder magnetische Eigenschaften der Informationselemente unterschiedlich sein, um gemäß Codierung unterschiedliche Informationswerte darzustellen.

Um die im Domänenschichtgitter vorhandenen wechselwirkenden Einzelwanddomänen abfühlen zu können, ist eine Leseeinrichtung vorgesehen, welche zur Erkennung der unterschiedlichen, zum Code gehörenden Eigenschaften ausgebildet ist Auf diese Weise wird im erfindungsgemäßen Massenspeicher die codierte Information gelesen und weiterverarbeitet

Zum Weiterleiten bzw. Versorgen der wechselwirkenden Einzelwanddomänen außerhalb des Speicherschichtbereiches sind natürlich entsprechende Einrichtungen vorgesehen. Zu diesen Einrichtungen gehören eine Weiterleitungs-Steuereinrichtung zum Verschie- s ben der Einzelwanddomänen sowie Anordnungen zur Ausführung anderer Funktionen an den Einzelwanddomänen selbst, wie z. B. zur Auswahl, Erzeugung und Vernichtung der Einzelwanddomänen.

Eine Sichtdarstellung des Schichtgitters kann durch _!0 Anwendung einer Lichtquelle zur Beleuchtung oder Durchleuchtung des Schichtgitters vorgesehen werden, das wechselwirkende Einheitselemente unterschiedlicher optischer Eigenschaften enthält. Auf diese Weise kann ein Betrachter (oder ein Ausgangsdetektor) auf ,<; Licht reagieren, das durch das Schichtgitter hindurch gelangt bzw. davon reflektiert wird, so daß sich eine Darstellung des Schichtgitters mit den unterschiedlich gekennzeichneten Einheitselementen ergibt.

Bei Verwendung eines Domänenschichtgitters mit magnetischen Einzelwanddomänen ist eine Vormagnetisierung erforderlich, die ein magnetisches Stützfeld bereitstellt, welches im wesentlichen in der leichten Magnetisierungsrichtung des magnetischen Mediums, also in der Normalenrichtung der Speicherschicht, wirkt. Diese Vormagnetisierung kann in verschiedenen Bereichen der magnetischen Speicherschicht unterschiedliche Werte haben. So kann beispielsweise innerhalb eines Speicherschichtbereiches nur eine kleine Vormagnetisierung oder auch gar keine vorhanden sein, während die Vormagnetisierung außerhalb dieses Bereiches größer ist.

Andererseits kann auch eine gleichförmige Vormagnetisierung der gesamten magnetischen Speicherschicht, also innerhalb und außerhalb der abgegrenzten Schichtbereiche vorgesehen sein. Abhängig von der gewählten Stärke der Vormagnetisierung werden vorteilhafterweise die Begrenzungskräfte sowie die anderen auf die magnetischen Einzelwanddomänen einwirkenden Kräfte eingestellt. Außerdem kann die Vormagnetisierungssteuereinrichtung Anordnungen zur Bereitstellung eines kleinen modulierenden Vormagnetisierungsfeldes enthalten, wodurch die Überwindung der jeweiligen Koerzitivkraft von magnetischen Einzelwanddomänen in der magnetischen Speicherschicht erleichtert wird. Es zeigt

F i g. 1 eine Gitternetzanordnung von miteinander in Wechselwirkung stehenden Elementen,

F i g. 2 in einem Blockdiagramm ein Informationsverarbeitungsgerät, welches eine Gitternetzanordnung von in Wechselwirkung stehenden Elementen benutzt,

F i g. 3 in einem Blockdiagramm ein anderes Informationsverarbeitungsgerät, 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 Gitternetzanordnungen von Wechselwirkungselementen benutzt,

F i g. 5 in einem Blockdiagramm ein Informationsver- (,0 arbeitungsgerät, in dem mit einer Lichtquelle das verwendete Gitternetz von wechselwirkenden Elementen beleuchtet wird.

F i g. 6 in einem Blockdiagramm ein Informationsverarbeitungssystem, in dem die wechselwirkenden EIe- (15 mente in dem verwendeten Gitternetz magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind,

Fig.7 eine graphische Darstellung der Gitterkon

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

Fig.8 die Verformung von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in einer Gitternetzanordnung, wenn das angelegte Vorspannfeld H_b ausreichend negativ ist,

F i g. 9A Verschiedene Formen der Begrenzung einer Gitternetzanordnung von wechselwirkenden Elementen,

Fig. 1OA und 1OB eine Eingabeoperation, wobei die wechselwirkenden Elemente in eine Gitternetzanordnung gesetzt werden müssen,

F i g. 11 schematisch Toleranzwerte für die Positionen am Rande der Begrenzung liegender wechselwirkender Elemente in Beziehung zu der zum Aufrechterhalten der Gitternetzanordnung benutzten Abgrenzungseinrichtung,

Fig. 12 das gesamte Vorspannfels H_z in Abhängigkeit von der Längenkoordinate einer magnetischen Speicherschicht im Falle, daß für ein Einzelwanddomänen-Gitternetz im inneren ein anders Vorspannfeld herrscht als außerhalb,

Fi g. 13A bis 13D verschiedene Strukturen zur Eingrenzung von wechselwirkenden Elementen innerhalb eines Gitternetzes,

Fi g. 14A bis 14D weitere Strukturen zur Eingrenzung von wechselwirkenden Elementen innerhalb eines Gitternetzes,

Fig. 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 Einzelwanddomänen als wechselwirkende Elemente, die eine magnetische Diskontinuität zur Unterstützung der Eingrenzung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen im Gitternetz benutzt,

Fig. 16A bis 16C verschiedene Einrichtungen zum gleichmäßigen Anlegen von Vorspannfeldern an die ganze magnetische Speicherschicht, in der eine Gitternetzordnung existenzfähig ist,

Fig. 17A und 17B Einrichtungen zum Anlegen magnetischer Vorspannfelder mit innerhalb und außerhalb der Gitternetzanordnung verschiedenen Amplituden,

Fig. 18 Strukturen für Zugriffseinrichtungen zurr Bewegen von wechselwirkenden Elementen in eine Gitternetzanordnung hinein und heraus,

Fig. 19A bis 19E die Arbeitsweise der Struktur ir Fig. 18 zum Bewegen von wechselwirkenden Elementen in das Netzwerk hinein,

F i g. 20 eine andere Einrichtung zum Bewegen vor wechselwirkenden Elementen in das Gitternetz hineir und aus diesem heraus,

Fig.21 eine weitere Einrichtung zum Bewegen voi wechselwirkenden Elementen in das Gitternetz hineii und aus diesem heraus,

F i g. 22A bis 22G die Arbeitsweise der Einrichtung ii F i g. 21 in verschiedenen Zeitfolgen für das Einbringei von wechselwirkenden Elementen in das Gitternet; hinein und das Ausstoßen dieser Elemente aus den Gitternetz heraus,

Fig.23 eine zur Unterstützung der Bewegung voi magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen ii einer Gitternetzanordnung geeignete Einrichtung, dii Kräfte liefert, welche die Koerzitivkräfte innerhalb de Anordnung überwinden,

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Fig. 24 eine Einrichtung zur Unterstützung der Bewegung von wechselwirkenden Elementen innerhalb einer Gitternetzanordnung,

Fig.25 schematisch die Bewegung der wechselwirkenden Elemente in das Gitternetz hinein und aus ihm heraus nach einem geometrischen Einfächerungsverfahren und Ausfächerungsverfahren,

F i g. 26 in einer graphischen Darstellung die verschiedenen notwendigen 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 wechselwirkenden Elemente in das Gitternetz hinein bzw. aus ihm heraus nach dem in F i g. 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 Blockdiagrammes gezeigten Einrichtung,

F i g. 30 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, bzw. aus ihm heraus,

F i g. 31 in einer Tabelle die verschiedenen Positionen der wechselwirkenden Elemente zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der Folge von an die, die Anordnung der Fig. 29 bildenden Leiter angelegten Stromimpulse,

F i g. 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,

F i g. 33 eine Leseeinrichtung zum Abfühlen der hartmagnetischen und weichmagnetischen Eigenschaften von zylindrischen Einzelwanddomänen, die mittels der Einrichtung nach Fig. 32 zum Schreiben codiert wurden,

F i g. 34 eine Einrichtung zum Codieren von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen als wechselwirkenden Elementen durch ihre Ablenkungseigenschaften zur Verwendung als Informationsträger in einem Gitternetz,

F i g. 35 eine Leseeinrichtung zum Erkennen des Informationswertes von und nach ihren Ablenkungseigenschaften mittels der in Fig. 34 dargestellten Einrichtung codierten magnetischen zylindrischen Einzeiwanddomänen,

F i g. 36 eine Einrichtung zum Codieren von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen durch unterschiedliche Größe der Einzelwanddomänen. Diese Figur zeigt auch die entsprechende Einrichtung zum Lesen solcher durch Einzelwanddomänen verschiedener Größe dargestellter Information,

Fig.37A,37B zylindrische Einzelwanddomänen mit verschiedenem Magnetisierungs-Schraubensinn, was zum Codieren von Information in einem Einzelwanddomänen-Gitternetz benutzt werden kann,

F i g. 38 die Amplitude eines in der Ebene liegenden magnetischen Feldimpulses, gemessen über der Zeit, mit dem Domänen mit verschiedenen Magnetisierungs-Schraubensinn gelesen werden können,

F i g. 39 und 40 Einrichtungen zum Lesen magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen mit unter

schiedlichem Magnetisierungs-Schraubensinn.

Die nachfolgende Spezialbeschreibung ist in drei Hauptabschnitte unterteilt:

I. Netzwerkinformationssysteme — allgemeine

Beschreibung;

II. Netzwerkinformationssysteme mit magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen.

In allen zu beschreibenden Ausführungsbeispielen werden einzelne Elemente, die miteinander in Wechselwirkung treten können, in einem wohlabgegrenzten Bereich hineingebrachtt 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.

2_S Das erste Hauptthema behandelt die allgemeinen Prinzipien der wohlabgegrenzten Anordnungen, wie z. B. Gitternetze von miteinander in Wechselwirkung stehenden Elementen benutzende Einrichtungen, während der Abschnitt II Netzwerkinformationssysteme

beschreibt, die mit speziellen Arten von magnetischen wechselwirkenden Elementen arbeiten. Im Abschnitt 11 sind diese magnetischen Elemente magnetische zylindrische Einzelwanddomänen.

-*^? I. Netzwerkinformationssysteme

Die F i g. 1 bis 5 zeigen eine Netzwerkanordnung von magnetischen Elementen und verschiedene, mindestens eine dieser Netzwerkanordnungen benutzende Syste-

me. Die Systeme in den Fig. 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 F i g. 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 Einzelwanddomänen verwendet werden.

Fig. 1

rStim_mt^^gpT^{Seitige Uge der Elemente} »*™2 bestimmt Die Elemente sind in diesem Diagramm rund

dargestellt, mit einem Durchmesser d un1 mit eimern Müienabstand B₀, welcher die GitterkonstantTgenanm werden kann. Die Elemente sind in Fig Ihexagona

* ET? ^Tf¹ l· <^uadratis<*e GittersLkiiren kön

nen jedoch ebenfalls verwendet werden

Die Elemente 32 stehen in freier Wechselwirkung miteinander und können sich in ihrem MedTum so bewegen, daß ihre Posten im wesentEhen duS die

'ii. JTl-

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 Weise hat die Netzwerkoder Gitteranordnung 30 eine gewisse Ähnlichkeit mit der Anordnung von Atomen in einem Atomgitter.

Das Gitter ist dadurch charakterisiert, daß die auf jedes der wechselwirkenden 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 Gitterkonsiante ao sehr klein ist. Eine Gitteranordnung von in Wechselwirkung stehenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in einem Material kann z. B. bei einem angelegten Vorspannfeld Hb = O eine Gitterkonsiante ao haben, die etwas größer ist als der Domänendurchmesser (ao= 1.35c/). 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 solcher Einrichtungen.

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 die wahlfrei adressiert werden können. Wenn die Elemente dicht genug gepackt Hegen, 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 fehlt

Aus der weiteren Beschreibung geht hervor, wie Informationen 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.

\L ö U

Fig. 2

Diese Figur zeigt schematisch eine Einrichtung, die eine wohlabgegrenzte Anordnung 30 von wechselwirs kenden 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 Gittei s einwirken läßt und auf diese Weise

,ο die Gitterstruktur aufrechterhält. Die Größe der Gitteranordnung 30 spielt dann eine 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

is 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.

Eine Eingabeeinrichtung 38 empfängt die wechselwirkenden Elemente von der Schreibeinrichtung 36 und gibt sie in das Gitter 30 ein. Die Eingabeeinrichtung 38 liefert genügend Kraft an die Eingabeelemente, daß sie die durch die 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 40 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 Element 32 von der Ausgabeeinrichtung 40. Mit der Leseeinrichtung werden die Elemente 32 aus dem Gitter und insbesondere zu diesen Elementen gehörende unterschiedliche Informationen 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 andere: datenverarbeitendes Gerät, kann auf das durch die Leseeinrichtung erzeugte Signal ansprechen oder die vorher in dem Gitter 30 gespeicherten magnetischer zylindrischen Einzelwanddomänen weiter benutzen.

Die Einrichtung der F i g. 2 arbeitet unter Steuerung von Signalen der Steuereinrichtung 46, die Taktein gangssignale an die Eingabeeinrichtung 38 'jnd di< - Ausgabeeinrichtung 40 liefert. Dadurch ist die Synchro nisierung gewährleistet

Fig.3

F i g. 3 zeigt schematisch ein weiteres datenverarbei tendes System unter Verwendung eines Domänengit ters in Abänderung der Anordnung nach F i g. 2. Auch ii der Vorrichtung nach F i g. 3 sind Schreibeinrichtunge:

V

36 zur Bereitstellung von Elementen 32 für die Eingabe in das Domänengitter 30 vorgesehen. Die Eingabeeinrichtung 38 ist zwischen die Schubeinrichtung 36 und das Gitter 30 geschallt 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 Informaiionswert festgestellt wird. Bei Bedarf kann eine Benutzereinrichtung vorgesehen werden, v/elche die Ausgabe der Leseeinrichtung für andere Zwecke der Datenverarbeitung benutzt. Die Synchronisation der gesamten Vorrichtung übernimmt die Steuereinrichtung 46, welche Taktimpuls erzeugt, um Eingabe- und Ausgabeeinrichtung sowie andere steuerungsbedürftige Einrichtungen zu synchronisieren.

Das System der F i g. 3 unterscheidet sich von dem in F i g. 2 gezeigten dadurch, daß ein Weg 48 zur Rückführung von magnetischen wechselwirkenden Elementen von der Leseeinrichtung 42 zur Eingabeeinrichtung 38 vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der Speicher zerstörungsfrei ausgelesen und die wechselwirkenden 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 nichtzerstörende Lesebetrieb bevorzugt wird.

F ig. 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 30.4 und 305, wobei die magnetischen Elemente sich zwischen den beiden Gitterbereichen hin- und herbewegen 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 jedem Gitterbereich 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 30/4 entnommene Information auch neu codiert werden, bevor sie in das Gitter 30ß gesetzt wird. Die verfügbare Informationsmenge wird demzufolge beibehalten und man bekommt so ein sehr wirksames Speichersystem mi* 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 /^bezeichnet sind.

Eine Schreibeinrichtung 36/4 liefert wechselwirkende Elemente an die Eingabeeinrichtung 38/4 Diese Elemente werden in das Gitter 30/4 durch die Eingabeeinrichtung 38/4 eingesetzt und können dem Gitter durch die Ausgabeeinrichtung 40/4 entnommen werden. Die Steuerung der Eingabeeinrichtung 38-4 und der Ausgabeeinrichtung 40/4 erfolgt durch Impuls vor der Steuereinrichtung 46/4. Aus dem Gitter 30/ entnommene Elemente werden von der Leseeinrichtun§ 42/4 gelesen und danach in das Gitter 30ßgeleitet.
Die Eingabeeinrichtung 385 lenkt die Ausgabe des Gitters 30/4 zur Eingabe in das Gitter 30Ä Bei Bedarl kann neue Information durch die Schreibeinrichtung 365 vermittelt werden und dann wird die Information vom Gitter 30Λ umgeleitet oder mittels der Einrichtung

ίο 3Si? unter Steuerung der Steuereinrichtung 46£ zerstört Die Elemente im Gitter 305 können diesem Gitter durch die Ausgabeeinrichtung 405 entnommen und dann durch die Leseeinrichtung 425 gelesen werden. Eingabe- und Ausgabeopt-arion für das Gitter

305 werden durch die Steuereinrichtung 465 gesteuert. Die Gesamtsteuerung des Systems mit den Gittern 3QA und 305 wird durch die Synchronisationseinrichtung 50 synchronisiert, welche entsprechende Signale an die Steuereinrichtung 46/4 und 46ß gibt. Damit wird

ίο sichergestellt, daß sich die Information fließend von einem Gitter zum anderen bewegt und die jedes einzelne Gitter betreffende Operationen in der richtigen zeitlichen leihenfolge ablaufen.

Die Ausgabe der Leseeinrichtung 423 wird an die

Eingabeeinrichtung 38,4 geleitet die zum Gitter 30,4 gehört. Bei Bedarf kann die Ausgabe des Gitters 305 direkt in das Gitter 30.4 eingegeben v/erden. Die Eingabeeinrichtung 38,4 kann jedoch Einrichtungen zum Zerstören oder Umleiten von wechselwirkenden Elementen aus dem Gitter 30ß enthalten, um auch neue Elemente in das Gitter 30/4 einschreiben zu können. In diesem Fall erzeugt die Schreibeinrichtung 36,4 diese Elemente, die dann in das Gitter 304 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 zerstört zu werden braucht, sondern auch von einem Gitterbereich in einen anderen bewegt werden kann, um die Informationsträger wirtschaftlicher und wirksamer auszunützen und ihre Menge praktisch konstant zu

so erhalten.

F ig. 5

F i g. 5 zeigt, wie im Gitterbereich enthalten 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.

Das Gitter 30 liegt zwischen einer Lichtquelle mit der

do 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

fi5 auch nicht immer eine Polarisationseinrichtung vorgesehen zu werden. In dem speziellen Fall, wo die Elemente 32 im Gitter 30 magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind, ist jedoch die Verwendung

JIO

eines Polarisators in Verbindung mit einer starken Lichtquelle besonders vorteilhaft.

Die Leseeinrichtungen 54 enthalten eine Einrichtung zum Abfühlen des durch das Gitter durchgelassen oder von den wechselwirkenden Elementen im Gitter reflektierten Lichtes. In F i g. 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 zu den wechselwirkenden Elementen gehörende Information gelesen wird, während sich die Elemente im Gitterbereich befinden.

Die Erläuterung zu den Fig. 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 :s Elementen die bestimmenden Parameter für die gegenseitige Lage der Elemente innerhalb des abgegrenzten Bereiches sind. Während einige allgemeine Überlegungen 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.

11. Informationssysteme mit Gittern
aus magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäncn

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

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 so sich viele Aspekte der physikalischen und mathematischen Beschreibung von Gitteranordnungen auf Systeme anwenden, die auch andere wcchselwirkenden Elemente als Zylinderdomänen benutzen. Im Sonderfall der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen ss 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 im 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 u<. 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 Eingabeeinrichtung 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 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 Eingangssignale an die Schreibeinrichtung 36, die Eingabeeinrichtung 38, die Ausgabeeinrichtung 40 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 Gitterberich existieren, während ein größeres Vorspannfeld 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 viele verschiedene Ausführungsformen einschließlich Stromleiter 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 wechselwirkenden Domänen arbeiten.

Das Vorspannfeld

Für ein aus magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen bestehendes Gitter ist ein für Anwendungen einstellbarer Parameter das erforderliche magnetische Vorspannfeld Hb, welches parallel zur leichten Magnetisierungsachse des die Domänen tragenden Mediums 62 angelegt wird. Allgemein sind verschiedene Anordnungen des Vorspannfeldes möglich wie 7 B.

1. Vorspannfeld Hb = O oder ein anderer kleiner Wen innerhalb des Gitterbereiches, aber mit eineir größeren Wert außerhalb des Gitterbereiches. Dei Wert außerhalb des Gitterbereiches ist annähernc der für Geräte mit isolierten Domänen benutzt« Wert (d. h. 4 π MJi, worin M* die Sättigungsma gnetisierung des magnetischen die Einzelwanddo mäncn tragenden Materials ist).

2. Ein kleines gleichmäßiges Vorspannfcld Hb kam für Bereiche innerhalb und außerhalb des Gitter: verwendet werden. In diesem Fall ist chi Vorspannfeld über dem ganzen magnetischer

Material gleichmäßig. Ein geeigneter Wert ist ungefähr 4 π MJ*. Wenn eine Anordnung von weiteren Domänen das eigentliche Speichergitter umgibt, kann das angelegte Vorspannfeld H_b gleichförmig sein oder Null betragen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Speichergitters.

Die Verwendung verschiedener Vorspannfeldbereiche als Konstruktionsparameter hängt von der gewünschten Anwendung ab. Ein gleichmäßiges kleines Vorspannfeld, weiches an das magnetische Material angelegt wird, ist hilfreich, beispielsweise bei der Erstellung eines Gitters, das für Änderungen im Vorspannfeld relativ unempfindlich ist und dem die Domänen leicht bewegt werden können. Da die Wechselwirkungskraft zwischen den Einzelwanddomänen proportional ist zu &/a₀*, wird durch eine diese Parameter verändernde Änderung 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.

Außer diesem gleichmäßigen 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_c 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 beschreibenden Ausführungsbeispiel mit Styroporkugeln, die in einer Flüssigkeit schwimmen und magnetische Elemente enthalten, hat ein Vorspannfeld keinerlei Wirkung. Man kann daher in machen Fällen auch solche wechselwirkenden 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.

Gittereigenschaften

Das Gitter der F i g. 6 besteht aus vielen wechselwirkenden Elementen 32 in einer Anordnung, in der zwischen den Elementen ein praktisch gleicher Abstand herrscht, der durch eine Gitterkonstante ao 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 Ht, = 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 Größe 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 Größe 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 Systems möglichst klein

ι ο wird.

Ein durch gleiche Bereiche mit aufwärts und mit abwärts gerichteter Magnetisierung gekennzeichnetes Gitter wird »entmagnetisiertes Gitter« genannt. Dieses Gitter kann zu einer gewissen Änderung des Abstandes zwischen den Einzelwanddomänen innerhalb des Gitters beeinflußt werden, um ein dichteres Gitter mit kleineren Einzelwanddomänen zu enthalten. Innerhalb des Einzelwanddomänengitters findet sich für ein bestimmtes Vorspannfeld die niedrigste Energiekonfiguration. Bei Hb = 0 ist z. B. der Abstand ao zwischen den Einzelwanddomänen 1,35 d Dieser Abstand kann mit Hilfe eines angelegten Vorspannfeldes Hb verändert werden. Analog zur Reibung kann die Koerzitivkraft H_c des Mediums die Gitterkonstante ao zur lokalen Abweichung von diesem Wert veranlassen.

Ein Gitter hat eine inhärente Stabilität, die größer 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 Gitterkonstante ao und der Durchmesser der Domänen als eine Funktion des angelegten Vorspannfeldes H₀ dargestellt sind. Das magnetische Material ist

(YEu)₃(FeGa)₅O₁₂.

Aus diesen Kurven ist leicht zu ersehen, daß ein ziemlich breiter Bereich des Vorspannfeldes existiert, in dem sich der Wert ao nur geringfügig ändert. In demselben Bereich des angelegten Vorspannfeldes ändert sich der Durchmesser der Domänen geringfügig, aber nicht wesentlich. Wenn das Vorspannleid größer wird, nimmt der 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 Hb kann zwischen einem negativen Wert bis ungefähr zum halben Wert für isolierte Einzelwanddomänen schwanken, ohne daß sich die Gitterkonstante ao wesentlich ändert. Durch die Durchmesseränderung der Domänen

tritt jedoch eine Änderung 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 Hb 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 Domänen im Gitter wirkende Vorspannfeld eine Kombination des angelegten Vorspannfeldes und des Wechselwirkungsmagnetfeldes ist, das zwischen den in Wechselwirkung stehenden Domänen erzeuet wird.

/Il

Wenn das angelegte Vorspannfeld abnimmt, gibt es einen Bereich, in dem die zylindrischen Domänen im Gitter nicht in Streifendomänen umgewandelt werden. Das ist auf das Vorspannfeld zurückzuführen, welches aus den Weehselwirkungs-Magnetteldern zwischen den s Domänen im Gitter entsteht Wenn das angelegte Vorspannfeld so abnimmt, daß der Mittenabstand (a₀) der Domänen im Gitter ungefähr 1,25 d wird, ändert sich die Form der magnetischen Eiiizelwanddomänen, obwohl die Gitteranordnung noch existiert Die3er Vorging wird dargestellt durch die sechseckig verformten Einzelwanddomänen 32 in F i g. 3.

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

Wenn Einschränkungen an der Gittergrenze vorliegen (z. B. durch eine Struktur, die Begrenzungskräfte auf die Gitterdomänen ausübt), bleiben die in F i g. 7 gezeigten Kurven über einem größeren Bereich des angelegten Vorspannfeldes H_b flach. Die zylindrischen Einzelwanddomänen schrumpfen im Durchmesser zusammen, die Gitterkonstante ao bleibt jedoch ungefähr gleich, bis das gesamte Vorspannfeld (angelegtes Feld Hi, plus Wechselwirkungsfeld H,) groß genug wird, um die Einzelwanddomänen zusammenbrechen zu lassen.

Der Bereich des Vorspannfeldes, über dtn das Gitter der Einzelwanddomänen 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 Werten 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-Eisengranat beträgt das gesamte Vorspannfeld (Ή;, + H/jetwa

102Oe > H_z> -25Oe.)

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 Ht so gewählt, daß das Gitter nicht verschwindet, sei es durch Streifenbildung der Domänen oder durch ihren Zusammenbruch innerhalb des Gitters.

Gitterform - Informationsnutzung

In einem hexagonalen Gitter ordnen sich die wechselwirkenden Elemente in der Gitterstruktur von selbst in dichter hexagonaler Packung an, wobei jedes (15 Element sechs nächste Nachbarn hat, die an den Ecken eines regelmäßigen Sechsecks angeordnet sind. Die Svmmetrielinien und Symmetrieebenen von wechselwirkenden Elementen bilden bei einem solchen Gitter Winkel von 60° miteinander. (Bei einem quadratischen Gitter verlaufen die Symmetrielinien und -ebenen rechtwinklig zueinander). 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 F i g. 9A, 9B und 9C zeigen drei mögliche Begrenzungen, die regelmäßige hexagonale Gitter liefern, in denen alle Positionen mit wechselwirkenden Elementen 32 gefüllt sind. Die Fig.9A zeigt ein sechseckig begrenztes Gitter, die F i g. 9B ein gleichseitiges dreieckiges Gitter und die F i g. 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 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 ao 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 wechselwirkende 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 32Λ in das Gitter drücken und alle bereits vorhandenen Elemente 32 darin festhalten, so wird dadurch eine Verdichtung des Gitters an der Seite ausgelöst, an der die Elemente 32Λ eingegeben werden und es resultiert eine Anpassung der Gitterkonstanten a₀ an dieser Kante.

Fig. ICB zeigt einen Fall, in dem nur zwei wechselwirkende Elemente 32Λ 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 Fehlsteller vor, da Information verlorengehen kann oder die Eigenschaften des regulären Gitters nicht beibehalter werden. Das bedeutet, die wechselwirkenden Element! im GitU-'r ordnen sich neu, um die Leerstellen zi kompensieren, oder anders betrachtet, um einei Ausgleich für die beiden zusätzlichen wechselwirkende! Elemente 32Λ zu schaffen. Dadurch werden örtlich

Ausgleichvorgänge 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 Gitter eintreten bzw. es verlassen wichtiger als alle anderen Abmessungen des Gitters. Jede Veränderung in der Gittererzeugung verursacht auch eine lokale Änderung im Gitterabstand. Bei jeglicher Veränderung sollte Ho 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 ±so/2 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 86L des hexagonalen Gitters. Änderungen dieses Winkels sind aber auch zulässig. Eine Änderung von etwa ±2° ist ein gutes Beispiel. Für ein quadratisches Gitter liegt der Eingangswinkel bei etwa 90° bezogen auf den Rand des Gitters und kann ebenfalls variiert werden. Dieser Winkel ist nicht sehr kritisch, da die Wechselwirkungen zwischen den Elementen 32/\ 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.

Begrenzungskraft

Infolge der Wechselwirkungskräfte zwischen den einzelnen Elementen ist eine Gitteranordnung von solchen wechselwirkenden Elementen stabil. Bezüglich abstoßender Wechselwirkungskräfte unterliegen jedoch die am Rande der Gitteranordnung liegenden Elemente Kräften, die nicht durch weitere Elemente 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 Aufrechterhalten 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 Einflüs'je 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 als unendlich. In dieser Betrachtungsweise könnte die Begr.enzungskraft auch durch Elemente geliefert werden, die außerhalb des abgegrenzten eigentlichen Speicherbereiches liegen und in einem Gittermuster von Elementen außerhalb des Speichergitterrjereiches 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 F i g. 11 ist eine Abweichung von ±20% ;ι_υ 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, wä'hrend 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 festgehal-

is ten 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 ao getrennt, um eine begrenzte Speicheranordnung (Gitter) zu definieren. Wenn keine wechselwirkenden Elemente außerhalb des Speicherbereiches vorhanden sind, ist die Begrenzungskraft ungefähr genau so groß wie die Wechseiwirkungskraft F,, 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 (> a₀) 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 größer ist als ao), bestimmt die Größe der erforderlichen Begrenzungskraft. Wenn der Abstand zwischen den Reihen gleich ao 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 ao oder um einen kleineren Betrag größer ist als ao. und die Größe der Begrenzungskraft wird entsprechend ausgewählt. Ein Mittenabstand zwischen den Reihen von (a₀ + ao/2) ist z. B. ein geeigneter Abstand.

Die Trennung kann auch größer sein und erfordert dann aber auch größere Abgrenzungskräfte.

Im Falle von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen wird die Begrenzungskraft am besten durch örtliche Veränderungen im Vorspannfeld in verschiedenen Bereichen des magnetischen Materials geliefert. In einem System, wie es in F i g. 4 dargestellt ist, kann z. B. die im Speichergitterbereich angelegte Vorspannung 0.1 (4 π M₅) sein, worin M₅ die Sättigungsmagnetisierung des Materials ist, während die angelegte Vorspannung in den Bereichen, in denen zylindrische Einzelwanddomänen nicht benutzt werden, der Sättigungswert sein kann. For Schieberegister, welche magnetische zylindrische Einzelwanddomänen zwischen den Gittern bewegen, kann die angelegte Vorspannung einen Wert zwischen 0,1 (4 π M_s) und dem Sättigungsfeld haben, um Einzelwanddomänen im Schieberegister zu stabilisieren. Der Wert von Hb (angelegtes Vorspannfeld) im Gitter kann so eingestellt werden, daß man eine gewünschte Speicherdichte (ao) 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

24 41 2ÖU

Wec'nselwirkungskraft durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

. (2 a r²/, · MJ
y proportional -■ —

ID

M, die Magnetisierung des magnetischen Mediums ist, in dem die Einzelwanddomänen existenzfähig sind,

r der Radius der Einzelwanddomänen,
h die Höhe der Einzelwanddomänen und,
ao der Mittenabstand zwischen den Domänen ist.

Die die Begrenzungskräfte betreffende Beschreibung galt bisher für den Fall, daß das gesamte Vorspannfeld is H, = Hb + H, innerhalb und außerhalb des Speichergilterbereiches 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 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 -V Hb, worin d der Durchmesser der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne und VHf, der Gradient über der Domäne ist.

Fig. 12 zeigt eine Situation, in der das angelegte Vorspannfeld Hb außerhalb des Gitters sich von dem innerhalb des Gitters unterscheidet. Der Gitterbereich 1 kann jedoch so liegen, daß ein Gradient VWi, 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 Gitterkonstanten ao 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 Hb in den Gitterbereich eine Strecke ao oder weniger hineinreicht, kann der Gitterbereich 1 (F i g. 12) benutzt werden. In diesem Fall wird nur eine Reihe des Gitters durch VH/, gestört, und die resultierende Kraft unterstützt die Abgrenzung des Gitters.

Wenn der Gradient in Hb den Gitterbereich über eine Strecke von mehreren ao hineinreicht, werden mehrere Domänenreihen im Gitter gestört. In diesem Fall ist es ratsam, einen Gitterbereich 2 (F i g. 12) als Speicherbereich zu benutzen.

Die Strecke, die der Gradient in das Gitter hineinreichen kann, ist sehr flexibel und hängt von der 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 F i g. 7 ändern sich die Gitterkonstante und der Domänendurchmesser sehr geringfügig, wenn das f>_s kleine Feld Hb 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 Uu erfolgt, d. h„ zwei Elementenreihen werden durch eine Strecke getrennt, die größer ist als ao, während der Rest des Gitters einen gleichmäßigen Abstand ,% 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, in dem jedes Element sechs nächste Nachbarn, alle mit dem gleichen Abstand ao, 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 Hb ab. Eine lokale Modulation von 30 bis 40% kann z. B. benutzt werden, ohne daß die Elastizitätsgrenze für Hb ~ 0,1 (4 π Μ.,) überschritten wird. Mit zunehmendem /-//,-Wert wird ao größer, und die Wechsehvirkungskraft 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 aufrechterhallen.

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 Vorspannfeides zu groß werden. Das Vorspannfcld sollte aber auch nicht so klein werden, 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 mil wenigen wechselwirkenden Elementen genau so groO 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 Elemente 32 zurückstoßen odei abstoßen. Für wechselwirkcnde Elemente mit unterein

609 550/38:

41 ΖϋΌ

ander existierenden abstoßenden Kräften sind die durch eine abstoßende Grenze gelieferten Kräfte in den Gitterbereich hineingerichtet.

Diese Kräfte sind im allgemeinen auf allen Seiten des Gitters gleich groß und betragen etwa ±8HJx .

Strukturen für abstoßende Grenzen können aus stromführenden Leitern und aus magnetischen Materialien bestehen. Änderungen der magnetischen Eigenschaften des die Einzelwanddomänen tragenden Materials können ebenfalls ausgenutzt werden. Zu solchen Änderungen gehören sowohl Änderungen der Schichtdicke als auch durch Ionenimplantation, Diffusion etc. herbeigeführte Änderungen. 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 Fig. 13A bis !3D 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.

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

Um lokale Veränderungen des durch den Storm I_c im Bei eich 72, wo der Leiter 70 seine Anschlüsse hai, 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 76/4 und 765 die Begrenzungskräfte für Ober- und Unterseite des Gitterbereiches 30, während die Leiter 78/4 und 785 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 verloren gehen. 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.

F i g. 13C zeigt eine andere Begrenzungsleitereinrichtung in zwei Ebenen. Die Leiter 84/4 und 845 liegen z. B. in der ersten Herstellungsebene, während die Leiter 16 A und 863 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 wechselwirkendcn Elemente im Gitterbereich 30 dar.

Die Fig. 13D zeigt eine andere Begrenzungsstruktur, die besonders geeignet ist, abstoßend wirkende Kräfte auf solche wechselwirkcnde Elemente auszuüben wie magnetische zylindrische Einzelwanddomänen in einem magnetischem Medium 62. In diesem Ausführungsbeispiel liefern die stromführenden Leiter SSA und 88Ö abstoßende Begrenzungskräfte an der Ober- und

ίο Unterseite des Gitterbereiches 30. Die Begrenzungskräfte an dem linken und rechten Rande des Gitterbereiches 30 werden durch Zerstörung oder Unterdrückung der magnetischen Eigenschaften des die Domänen tragenden Materials geliefert. Die schraffier-

is ten Bereiche 90A und 90 ß 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 90ß können sich bei Bedarf auch in den Bereich der Leiter SSA und 88ß erstrecken. Das bewirkt, daß die magnetischen Domänen nicht in die Bereiche 90/4 und 905 driften können, die dadurch eine abstoßende 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 Änderung magnetischer Eigenschaften in den Bereichen 9OA 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 Änderungen der

Begrenzungskraft führt. Die Domänen stellen jedoch ihre Durchmesser und/oder ihren Abstand voneinander im Bereich solcher Begrenzungsecken darauf ein. Diese Domänen berichtigen später wieder ihre relativen Lagen und Größen, sobald sie sich von den Ecken wegbewegen.

Anziehende Grenze

Die Fig. HA bis HD zeigen verschiedene Strukturen, die anziehende Grenzen liefern und ebenfalls als Abgrenzeinrichtung geeignet sind. In diesen Beispielen hält die anziehende Grenze eine Reihe von wechselwirkenden Elementer 32 fest und diese festgehaltenen Elemente ihrerseits stehen wiederum mit anderen Elementen im Gitter so in V/echselwirkung, daß

dadurch eine Begrenzungseinrichtung gebildet wird.

Fig. HA 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 925 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 Magnetstücke 94 definierten Ränder

hinweg ist ebenfalls möglich.

Die Leiter 92Λ und 925 führen Ströme, welche magnetische Felder erzeugen, die Kräfte zum Halten der Elemente innerhalb der Gitteranordnung 30 in der

Dben 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 s Elemente auf den eigentlichen Gitterbereich.

Fig. 14B zeigt eine Begrenzungsstruktur, die als Grenze des Gitterbereiches 30 dient, die vollständig aus diskreten Elementen 94 besteht. Es werden für diese Elemente Magnetstücke ausgewählt, wenn die wechselwirkenden Elemente 32 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. is

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

In Fig. 14C können die magnetischen wechselwirkenden Elemente leichter über 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 F i g. 14A bis 14D kann man durch die anziehende Begrenzungseinrichtung festgehaltenen wechselwirkenden 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 Hegenden elektrischen Leitern arbeitet, ähnlich wie das in Fig. 13C gezeigte Ausführungsbeispiel. Die Leiter 100Λ und 100 S liegen in der ersten Fabrikationsebene und d'e Leiter 102Λ und 102ß in der zweiten. Ströme in diesen Leitern bauen anziehende Magnetfelder für die magnetischen wechselwirkenden Elemente 32 auf.

Mit Fig. 14E wird die Arbeitsweise solcher elektrisehe Leiter verwendender Begrenzungseinrichtungen erläutert, wie sie in den Fig. 13C und 14D dargestellt sind. Fig. 14E zeigt im Querschnitt den Leiter 104, der den Strom /führt Dieser Strom baut um den Leiter ein Magnetfeld mit den Komponenten H_x und H_y auf. Die Komponente H_y verläuft im wesentlichen senkrecht zu dem Medium, in dem die magnetischen Elemente 32 vorhanden sind. Im Falle von in Wechselwirkung stehenden magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen ist die Komponente H_y parallel zur leichten Magnetisierungsrichtung des magnetischen Materials gerichtet, in dem die Domänen existieren (dh, H_y verläuft in Richtung der Magnetisierung der magneti-

ZÖU

/Ib

schen zylindrischen Einzelwanddomänen).

Der über der Breite X des Leiters 104 aufgezeichnete Verlauf von H_y zeigt, daß die Komponente H_y 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 Feld H_y 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 + Hy magnetisiert sind und rechts von dem positiven Maximum von H_y liegen, werden sie weiter nach rechts bewegt, wenn der Strom / durch den Leiter 104 fließt. Wenn dieselben Domänen an Stellen zwischen dem positiven und dem negativen Maximum des Feldes H_y liegen, bewegen sie sich nach links, wenn der Strom / 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 / durch den Leiter 104 fließt.

Durch Festlegen der richtigen Stromflußrichtung in den Leitern IiOOund 102(Fig. 14D)bewirkt man andern 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 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 10b aufweist. Eine Zwischenschicht 108 trennt das magnetische Medium 62 von dem darüberliegenden Leiter 110, der die Begrenzungski äfte 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 325 durch die abstoßende Wirkung der festgehaltenen Domänen 32/4 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 Bereich 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 (F i g. 2), mit der Elemente 32 in das Gitter hinein und aus ihm herausbewegt werden sollen, überwunden werden kann.

Gleichmäßige Vorspannung im magnetischen Material

Das Vorspannfeld Hb kann gleichmäßig an das magnetische die Einzelwanddomänen tragende Mate-

Jf

/R-

riai angelegt werden. Es ist jedoch zu beachten, daß sich Hb zum Wechselwirkungsfeld //, im Gitter addiert, so daß das effektive Vorspannfeld im Gitter größer ist als außerhalb des Gitters. Das Nettovorspannfeld im Gitter sollte nicht so groß seir., daß magnetische zylindrische Einzelwanddomäneti im Gitter anfangen zusammenzubrechen. Das äußere Vorspannfeld Hb darf aber auch nicht so klein sein, daß die zylindrischen Einzelwanddomänen außerhalb des Gitters in Streifendomänen auslaufen. Im allgemeinen wird Hb 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 Hb ungefähr ι s gleich H₂ + ¹At(ZZo- H₂), worin

H₂ das schwächste magnetische Feld (Auslaufen) und

H₀ das stärkste magnetische Feld (Zusammenbrechen) ist, -°

bei dem magnetische zylindrische Einzelwanddomänen noch bestehen können. Für eine sehr dichte Packung im Gitter ist Hb ungefähr gleich H₂ (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 F₁ 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 Domänenmatcrials 62 Permanent- 3s magnet 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-gekoppelte Schicht ist beispielsweise S1T1C05 in Verbindung mit Orthoferritmaterial. Wenn das Einzelwanddomänenmaterial ein Granatfilm ist, kann als austausch-gekoppelte Schicht ein sogenannter gesponnener Granatfilm verwendet werden, z. B. GdsFesO^ als Austauschkopplermaterial auf Einzelwanddomänenfilmen aus (EuY)₃(GaFe)₅O₁₂.

In Fi g. 16C umgibt eine stromführende Spule 118 das Einzelwanddomänenmaterial 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 do magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen im Gitterbereich 30 abgrenzen und auf diese Weise in einem wohldefinierten Bereich halten.

Magnetische Vorspannung
innerhalb und außerhalb des Gitterbereiches

Wie bereits gesagt wurde, kann man verschiedene magnetische Vnrspanneinrichtungcn benutzen, wenn die wechselwirkenden Elemente 32 magnetisch., zylindrische Einzelwanddomänen sind. Das angelegte Vorspannfeld H_b 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 Vorspannfelder 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 stabilisieren sich auf diese Weise.

Die Fig. 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 uus 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 F i g. 17B dargestellt. Das magnetische 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 Hb nur außerhalb und nicht innerhalb des Gitters vorhanden ist. In gewissen Teilen des Gitterbereiches kann ein Gradient des Feldes Hb vorliegen. Dieser kann jedoch für die Ausbildung von Begrenzungseinrichtungen benutzt werden. Auch wenn das Feld lh etwas in den Gilterbereich 30 hineinreicht, ändert sich die Gitterkonstante ao nicht wesentlich, wenn der Gradient nicht zu steil verläuft.

Außer austausch-gekoppelten Schichten und Permanentmagneten können auch stromführende Leiter zum Aufbau des //(,-Feldes außerhalb des Gitterbereiches 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 Fig. 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 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 wechselwirkcnde Elemente so

lange laufend in das Gitter geladen, bis eine Anzahl von Elementen erreicht ist, die ein regelmäßiges Gitter mit einem gegebenen Gitterabstand a_u 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 entnommen wird. Damit wird sichergestellt, daß alle Fehllagen und Leerstellen den Gitterbereich bereits durchlaufen haben und aus ihm entfernt wurden. Dieser Vorgang 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 Einzelwanddomänen in einer Schicht aus magnetischem Material an ausgewählten Stellen erzeugt, um ein Anfangsgitter zu erhalten. Ein Permanentmagnet mit einem Muster von öffnungen kann z. B. in unmittelbare Nähe der Magnetschicht gebracht werden, nachdem diese auf eine Temperatur oberhalb der Curietemperatur T_c erhitzt wurde. Dadurch werden punktweise magnetische zylindrische Einzelwanddomänen in der Magnettafel 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 Streifendomänen 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 kann 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 Gittter 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 Ausmali 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 Eineabckraft auf die einzugebenden Domänen liefern soll, so gewählt, daß diese Domänen nicht zusammenbrechen, bevor sie ir 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 Hb und dem Wechselwirkungsfeld H₁ ausgesetzt und daher darf eine zusätzlcihe Kraft von dem zur Adressierung von Domänen benutzten Magnetfeld an den bereits im Gitter befindlichen Domänen keine Kräfte erzeugen, die größer sind als diejenigen Kräfte, welche die Domänen zusammenbrechen lassen.
Im allgemeinen gilt:

H_h+ \H_d+

H₀

worin

das angelegte Vorspannfeld,

das Treibmagnetfeld zur Adressierung von

Domänen im Gitterbereich,

H, das Wechselwirkungsfeld zwischen den zylindrischen Einzelwanddomänen und

H₀ das zum Zusammenbruch der zylindrischen Einzelwanddomänen führende Magnetfeld ist.

Durch Umformung ergibt sich:

\H_d< H₀-H₁₁- H₁

Aus diesen Gleichungen ist zu ersehen, warum ein Betrieb an der Verfließgrenze der Einzelwanddomänen bei der Arbeit mit isolierten Einzelwanddomänen 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-Feld H₁ größer 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 überwenden. Das gesamte z-Feld H, ist gegeben durch:

H₁= H „+ H₀+ H₁ (4)

worin

Hb = angelegtes Feld

Ha = Treibfeld und

Hj = Wechselwirkungsfeld ist.

Wenn ,γ eine in Bewegungsrichtung einer Einzelwanddomäne gemessene Strecke und c/der Domänendurchmesscr ist. dann braucht man eine auf eine Einzclwanddomäne wirkende Treibkraft

um die Domäne bewegen zu können. liei einem

gleichmäßigen Feld sind H_b - — = 0. Die partielle

dH ^x

Ableitung-^-- erzeugt immer Kräfte, die Domänen aus

dx

cH₁

dem Gitter treiben. Somit unterstützt -^¹ die Entfer-

Px >

nung 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 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 zusätzliche Spalte oder Zeile von wechselwirkenden Elementen im Gitter aufnehmen. Wenn die Gitterkonstante bzw. 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 Größe eines (jitters, durch welches ausreichende Kräfte hindurch übertragen werden können, um eine Elementengruppe des Gitters auszustoßen, ist durch Dämpfungsprozesse und Größen wie die Koerzitivkraft des Materials (bei Verwendung von magnetischen Einzelwanddomänen) begrenzt. Die zur Überwindung der Dämpfung erforderliche Kraft sollte nicht so groß sein, daß sie zum Zusammenbruch der magnetischen Domänen an der Eingabeseite der Gitteranordnung führt.

Durch die Dämpfung und die anderen erwähnten Größen 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 verbleibende 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 (\s Eingabekrafi bewegt werden können, abzuschätzen, ist zu berücksichtigen, daß der zur Überwindung der Koerzitivkraft einer einfachen isolierten Einzelwanddomäne erforderliche Gradient H₁-Zd beträgt, wobei due Dornänendurchmesser ist.

Wenn man jetzt annimmt, daß diese Einzelwanddo mäne mit (/J-I) anderen Domänen in Wechselwirkung steht, die alle in einer linearen Kette so liegen, daß si< sich alle gleichzeitig bewegen, und wenn der Feldgra dient -— ist. der nur auf die erste Domäne der Kett(

Px
einwirkt, dann muß sich sein Wert belaufen auf

dx

Die Gesamtdifferenz in /-/über den Domänendurch messer kann jedoch nicht den Wert (Wo— Hi) über schreiten, worin H₀ das Zusammenbruchsfeld und Hi da: Fließfeld ist. Daher gilt:

dH
Jx

H₀-H₂ η Hc

Somit wird

η « (Wo - H₂)IH₁-

Fig. 18 zeigt eine Schnittansicht einer zur Abgrenzung von wechselwirkenden Elementen innerhalb eines Gitters und zur Bewegung dieser Elemente in den G^;tterbereich hinein geeignete Einrichtung. In der Zeichnung sind diese wechselwirkenden Elemente 32 magnetische zylinderische Einzelwanddomänen, es könnten jedoch auch andere Arten von wechselwirkenden Elementen 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.

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 Leiter 126. Die Fig. 19A-19E zeigen die Arbeitsweise der Eingabeeinrichtung 38 bei der Bewegung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen in das Gitter hinein. Aus diesen Zeichnungen ist zu erkennen, 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 Fig. 18 und die Fig. 19A — 19E relativ zueinander gedreht sind, entspricht die Aufwärtsbewegung der Domänen 32 in den Fig. 19A-19E einer Bewegung in den Gitterbereich hinein.)

In den Fig. 18, 19A-19E sind die Domänen innerhalb des Gitterbereiches mit 32.4 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 32Λ und 32/4'im Gitter und die Domänen 32ßund 32ß'in gemeinsamer Bewegung.

Auch die Domänen 32C und 32C bewegen sich gemeinsam. Die zweite Domänenreihe (32,4' 32ß', 32C1

ist in den Fig. 19B-19E der Einfachheit halber nicht mit dargestellt. Die Stromimpulse in den Leitern 126 und 128 sind mit /, und I₂ bezeichnet und die Bewegungsrichtung der Domänen wird durch den Pfeil J30 angezeigt.

Um die in den Fig. 19A bis ItE gezeigte Bewegung der Domänen besser verstellen zu können, wird auf Fig. 14E und die zugehörige Beschreibung verweisen. Ströme in den Leitern 126 und 128 erzeugen auf die Domänen wirkende Magneifeldgradienteii, durch welehe die Domänen in der gewünschten Richtung bewegt werden. Außerdem können die Domänen aufeinander Wechselwirkungskräfte ausüben, die ebenfalls die Bewegung in der gewünscnten Richtung unterstützen.

F i g. ISA zeigt die Lage der Domänen 32Λ, 32ß und 32c zur Zeit 7=0, wenn die Ströme /1 und I₂ in den Leitern 126 und 128 fließen. Zu diesem Zeitpunkt steht die Domäne 32Λ an der linken Kante (oben) des Leiters 126 in einer Position, die an die Domänen im Gitterbereich angrenzt. Zur Zeit T= 1 fließen immer noch die Ströme A und I₂ in den Leitern 126 bzw. 128 und erzeugen ein kombiniertes Magnetfeld zwischen den beiden Leitern, wodurch sich die Domäne 325 in der Mitte zwischen den Leitern zentriert. Die Bewegung der Domäne 32ßübt eine abstoßende Kraft aus die Domäne 32-4 aus, so daß diese sich in das Gradientenfeld außerhalb (oberhalb) des Leiters 126 bewegt. Dieses Gradientenfeld läßt die Domäne 32/4 weiter in das Gitter hineinwandern.

Zur Zeit 7=2 (Fig. 19C) wird der Strom I₂ umgekehrt und die Domäne 32C bewegt sich durch das durch den Strom I₂ im Leiter 128 erzeugte anziehende Gradientenfeld nach oben. Dadurch wird eine Wechselwirkungskraft auf die Domäne 32ß ausgeübt, die diese sich teilweise unter den Leiter 126 bewegen läßt. Gleichzeitig bewegt sich die Domäne 32Λ weiter in den Gitterbereich hinein infolge des durch den Strom I\ im Leiter J26 erzeugten Gradientenfeldes.

F i g. 19D zeigt die Lage der Domänen zur Zeit 7=3. Die Richtung des Stromes I\ wurde umgekehrt und dadurch ein anziehendes Gradientenmagnetfeld für die Domäne 32ß geschaffen. Wenn sich die Domäne 32C weiter unter den Leiter 128 bewegt durch die abstoßende Kraft von der ihr folgenden Domäne (nicht dargestellt), veranlaßt sie die Domäne 32ß zu einer Bewegung in den anziehenden Gradienten hinein, der durch den Strom I\ im Leiter 126 erzeugt wird. Somit bewegt sich die Domäne 32ß unter dem Leiter 126 in eine Position auf der Mitte der Oberkante dieses Leiters (Fig. 19D).

Fig. 19E zeigt die Lage der Domänen 32 zur Zeit 7=4. Die Richtung des Stromes I₂ wurde wieder umgekehrt, und der Strom Λ fließt in derselben Richtung. Die Domäne 32C erfährt jetzt eine Anzeihungskraft, durch die sie in Richtung des Pfeiles 130 gezogen wird und bewegt sich in eine Lage unter der Oberkante des Leiters 128. Die Domänen 32ßund 32C erfahren keine Schubkraft von der Domäne 32C oder ein Gradientenmagnetfeld, so daß sie ungefähr in derselben Lage bleiben. Diese Positionen entsprechen der Lage der Domänen 32/4 und32ßin den Fig. 18 und 19A, d. h., die Situation zur Zeit 7= 0 ist wiederhergestellt. Während des nächsten Operationszykliis wird eine weitere Domänenreihe in gleicher Weise in den Gitterbereich eingegeben.

Anschließend werden Betriebswerte als Beispiel für die anhand der Fig. 18 und 19A-19E beschriebene Adressieroperation gegeben. Zylindrische Einzelwanddomancn mit dem Durchmesser d können als wechselwirkende Elemente i2 zur Bewegung in einen Gitterbereich durch Leiter benutzt werden, deren Breite ungefähr ao/2, deren Mittenabstand etwa a» und deren

.1 Dicke etwa V2 bis 1 Mikron beträgt. Die Stromamplituden in diesen Leitern liegen zwischen 30 und 50 Milliampere und die Impulsdauer dieser Ströme etwa bei 0,5 Mikrosekunden. Diese Werte erzeugen Magnetfelder, die zur Überwindung der Koerzitivkraft des, magnetischen Mediumsausreichen.

Fig. 20 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 ha' eine Vertiefung 132, die als Begrenzungseinrichtung für die magnetischen Einzelwanddomänen 32 innerhalb des Gitierbereiches 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 S2 sein. Wie oben erwähnt, läßt sich das durch solche Verfahren wie Implantation von Ionen oder Diffusion von geeigneten Dotierstoffen erreichen.

Die Eingabeeinrichtung 38 in Fi g. 20 arbeitet gleichartig, wie es für die Fig. 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 Stromfolgen umgekehrt wird, werden die Domänen 32 im Gitter nach rechts aus dem Gitterbereich herausbewegt.

Fig. 21 stellt eine Anordnung dar, mit der magnetisehe zylindrische Einzelwanddomänen 32 in den Gitterbereich 30 hinein und herausbewegt werden und erläutert so das Prinzip der Adressierung bzw. des Zugriffs zu den Domänen im Gitter. Der Gitterbereich 30 ist zur Illustration als reguläres Gitter dargestellt, welches durch eine Begrenzungseinrichtung 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 A', ß'und C" liegen unterhalb des Gitters 30. Der Kanal zwischen den Leitern A und ß ist schraffiert dargestellt, um anzudeuten, daß dieser Kanal ein Schieberegister SR zur Bewegung von Domänen im Kanal vor ihrem Eintritt in den Gitterbereich oder vor ihrem Austritt aus dem Gitterbereich ist. In gleicher Weise definiert der Kanal zwischen den Leitern A' und B' ein weiteres Schieberegister SR, in dem die Domänen vor oder nach der Adressierung bewegt werden können.

Die F i g. 22A bis 22G veranschaulichen die Operations ncn zur Injektion von Domänen in das Gitter 30 hinein und zum Entfernen der Domänen aus dem Gitter heraus. Mehrere Zeitzyklen 7= 1, 2, ...,7 sind dargestellt, in denen die Stromrichtungen in den Leitern

A, B, C, A', B' und C durch die Pfeilspitzen an den Leitern angegeben sind.

Zur Zeit T = 1 (Fig. 22A) wird beispielsweise die Domäne 32 in das Gitter 30 injiziert, während die Domäne 32' aus dem Gitter 30 entnommen wird, s Ströme fließen in den Leitern A und ß sowie A 'und C'in der durch die Pfeile angegebenen Richtung.

Zur Zeit 7"= 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 7=2 fließt Strom in den Leitern A 'und C, und somit bewegt sich die Domäne 32' an die Unterkante des Leiters C".

Die F i g. 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 A'und B' bewegen. Die Reihe der F i g. 22A bis 22D zeigt somit die Injektion einer Domäne 32 in den Gitterbereich 30 hinein und das Ausstoßen der Domäne 32' aus dem Gitterbereich 30 heraus.

Die Reihe der Fig.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 2s Gitters 30 in den Schieberegisterbereich SR zwischen den Leitern A und B zu bewegen. Die Domäne 32 ist außerdem aus dem Schieberegisterbereich SÄ zwischen den Leitern A 'und B'\n eine Position in das Gitter 30 zu bewegen. Die Operationsfolge in den Zeitabschnitten T = 4 bis T=I einschließlich ist in diesen Figuren dargestellt und durch die vorhergehende Beschreibung leicht zu verstehen.

Bei der Beschreibung der Fig. 21 und 22A-22G wurde vorausgesetzt, daß die wechselwirkenden EIemente 32 magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind. Diese Anordnung kann jedoch mit jeder Art von wechselwirkenden Elementen angewandt werden und zeigt die Bewegung solcher Elemente in den Gitterbereich 30 hinein und aus ihm heraus. Die Arbeitsweise der in Fig. 21 dargestellten Anordnung wurde für den Sonderfall beschrieben, in dem die wechselwirkenden Elemente 32 magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind. Die in den F i g. 22A bis 22G dargestellte Arbeitsweise wurde beispielsweise an einem Einzelwanddomänen-Granatfilm der Zusammensetzung

demonstriert, der aus der flüssigen Phase auf einem geeigneten 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_z von ungefähr 80 Oe lag über dem ganzen Film. Die Leiter A. B, C, A', ß'und C"waren 4 Mikfcon breit und 1,5 Mikron dick. Ein Strom von 20 Milliampere floß durch die Begrenzungseinrichtung 34. Die Amplituden der durch die Übertragungsleiter A, B, C A', ß'und Cfließenden Ströme waren folgende. Der Strom in den Leitern B, C. B'. Chatte Amplituden von 50 Milliampere. Der Strom in den Leitern A und A' hatte Amplituden von 25 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 F i g. 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 Materialien aus Eisengranaten mit seltenen Erden geeignet.

Die in den magnetischen Materialien vorhandene Koerzitivkraft setzt der Bewegung der zylindrischen Einzelwanddomänen einen gewissen Widersland entgegen. Um diese Koerzitivkräfte im Material zu überwinden und dadurch beweglichere zylindrische Einzelwanddomänen zu erhalten, gibt es verschiedene Verfahren. Insbesondere wird dadurch der Wert η der Anzahl von Einzelwanddomänen, die durch eine Eingangskraft bewegt werden, erhöht. Die F i g. 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 vor. 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 hexagonaien Gitters.

Das schwingende Vorspannfeld hat ungefähr dieselbe Kraft wie die Koerzitivkraft in der oben erläuterten Kraftgleichung (1). 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 Domänen hervorzurufen. Ein schwingendes Feld, dessen Amplitude ungefähr H_c ist, reicht aus. Das Wechselvorspannfeld wird allgemein so eingerichtet, daß es über dem gesamten Gitterbereich 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 /₅ erzeugt Magnetfelder welche die Bewegung der Domänen 32 im magnetischen Medium 62 unterstützen. Die durch den Strom I_s 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 irgendwelche 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 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 halten) oder gar zu einem Zusammenbruch von Domänen im Gitter.

Die bisher gegebene Beschreibung für den Zugriff zur > Information durch die Eingabe in den Gitterbeieich und die Entnahme aus dem Gitterbereich gilt allgemein für jede Art von wechselwirkendcn Elementen 32. Bei der Betrachtung des Vorspannfeldes zur Veränderung der Durchmessergröße ist die Beschreibung auf magnetisehe 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 wechselwirkenden 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. ;o

Übertragung:
isolierte Elemente — 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 Änderung 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 Einzelwanddomänen gehörendes Problem sind die Auswirkungen eines Vorspannfeldes auf wechselwirkende Elemente innerhalb des Gitters. Wie bereits gesagt wurde, erhöht außerhalb des Gitters das angelegte Vorspannfeld Hb im allgemeinen die Tendenz zur Ausbildung von isolierten Einzelwanddomänen, während innerhalb des Gitters die wirksame Vorspannung geringer ist, weil eine wechselwirkende magnetische Feldvorspannung H₁ durch die Einzelwanddomänen selbst vorhanden ist. Ein gleichmä- so ßiges Vorspannfeld kann über dem ganzen magnetischen Medium angelegt werden. Auch kann außerhalb des Gitterbereiches ein größeres Vorspannfeld Hb angelegt werden als innerhalb des Gitterbereiches, so daß das Nettovorspannfeld H₂= Hb + Hi 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 Γ i g. 25 und 26 erläutern eine Einrichtung, die geometrisch Domänen einfächert und ausfächert.

Die F i g. 25 zeigt das Prinzip. Die Domänen 32 haben z. B. einen Abstand Ad, wenn sie noch voneinander isoliert sind. Diese sind in den Gitterbereich 30 zu bringen, wo ihr Abstand nur noch ungefähr 2d 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 Übergang von der isolierten Lage in der Wechselwirkung unterliegende Lagen erfolgt jedoch über eine längere Strecke S, so daß die Änderung mehr schrittweise erfolgt und die auf die Domänen wirkenden Haltekräfte bei deren Bewegung über die Strecke 5 nur Bruchteile der Kräfte sind, die zur unmittelbaren Eingabe der Domänen in den Gitterbereich hinein erforderlich wären. Diese Strecke 5 wird willkürlich gewählt und nur durch die gewünschte Sanftheit des Überganges bestimmt.

Wenn magnetische zylindrische Einzelwanddomänen als wechselwirkende Elemente benutzt werden, ändert sich ihre Größe bei ihrer Bewegung zum Gitter 30 hin, wenn nicht das Netto-Vorspannfeld ^relativ konstant bleibt. F i g. 26 zeigt den Verlauf magnetischer Felder, die diesem Zustand nahekommen. Das angelegte Vorspannfeld Hb nimmt längs des Weges ab, je dichter die Einzelwanddomänen an den Gitterbereich herankommen. Dadurch wird die Zunahme des wechselwirkenden magnetischen Vorspannfeldes H, kompensiert, welche dadurch bedingt ist, daß die Domänen bei ihrer Bewegung zum Gitter hin immer dichter zusammenkommen. Bei Bedarf kann man ein angelegtes Vorspannfeld Hb im Bereich außerhalb des Gitters vorsehen, so lange das Netto-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.

Außerhalb des Gitterbereiches kann man ein Feld Hi mittels verschiedener Einrichtungen vorsehen. Eine davon besteht aus Permanentmagneten und magnetisch weichen Elementen, wobei der Abstand der magnetisch weichen Elemente vom Einzelwanddomänenmateria größer wird, je mehr man sich dem Gitterbereich 31 nähert. Eine andere geeignete Einrichtung kann einer Permanentmagneten mit variierender Dicke verwenden. Eine weitere Einrichtung benutzt Leiter, die der Richtungen der Domänen zum Gitter folgen, wie sie irr Zusammenhang mit F i g. 27 beschrieben sind.

Diese Prinzipien gelten für jede Art von wechselwir kenden Elementen 32. Wenn sich die Elemente derr Gitterbereich nähern, kommen sie dichter zusammer und ihre Wechselwirkungskräfte nehmen zu. Daher mu[ eine Einrichtung vorgesehen werden, um sie innerhalt des eingeschränkten Bereiches abzugrenzen, währenc sie sich zum Gitter hin bewegen. Diese Begrenzungs kraft ist ähnlich der Begrenzungskraft, die ausgeüb werden muß, um das Gitter aufrechtzuerhalten.

Im Idealfall haben die magnetischen zylindrischer Einzelwanddomänen einen solchen Durchmesser, dal sie im magnetischen Medium weder zusammenbrechei noch zerfließen. Fig.26 zeigt den Verlauf eine: Vorspannfeldes, womit dies erreicht wird. Das angeleg te Vorspannfeld Hb ist außerhalb des Gitterbereiche: groß und innerhalb des Gitterbereiches klein, wahrem das Wechselwirkungsvorspannfeld H₁ außerhalb de: Gitterbereiches klein und innerhalb des Gitterbereiche: groß ist Die Kombination von Hb und λ/, liegt dahe über dem ganzen magnetischen Medium zwischei akzeptablen Werten.

Die Fi g. 27 zeigt eine Einrichtung zum Bewegen voi

609 550/35

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 Ausfächern 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 n> 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 i_:; Einzelwanddomänen isolierte Domänen, und es ist deshalb ein angelegtes Vorspannfeld Hb vorgesehen. Ein zwangsläufiges Bewegen von isolierten Domänen mittels einer Struktur 142 ist an sich bekannt. Es wird 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 4 d 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 weiteren Leiten der Domänen in Richtung auf den Gitterbereich hin geschaffen werden.

Mittels einer Begrenzungseinrichtung 34 wird die Form des Gitters 30 aufrechterhalten, und es werden Begrenzungskräfte längs der Einfacher- und Ausfächereinrichtungen ausgeübt. Die Einrichtungen 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 Pi bis P6. Die Bewegung der Domänen erfolgt in der Weise, wie es oben anhand der Fig. 19A bis 19E erläutert wurde. Die Leitkanaleinrichtung 146 stellt sicher, daß die Domänen auT 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 Wechsel-Wirkungskräfte auszugleichen zu suchen. Die durch die Ströme in den Leitern 34 aufgebrachten Begrenzungskräfte können jedoch gegebenenfalls auch die relativen Lagen der wechselwirkenden Domänen untereinander aufrechterhalten, so daß die Einrichtung 146 nicht notwendig ist. In diesem Falle verhindern nämlich bereits die Ströme in den Leitern PX 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 = 4 d) in Wechselwirkungspositionen (Abstand = 2 d) am Eingangsbereich des Gitters. Zu diesem Zeitpunkt gibt die Eingabeeinrichtung 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 P'\, P'2, P'3, P'4, P'5 und P'% 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 4 d und können dann als isolierte Domänen in Richtung der Pfeile 150 mit der Leiteinrichtung 152 nach rechts weitertransportiert 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 Hb verwendet, wenn die wechselwirkenden Elemente magnetische zylindrische Einzelwanddomänen sind. Dann gelten dieselben Überlegungen wie oben.

In F i g. 28 ist schematisch und in F i g. 29 im einzelnen eine andere Einrichtung zum Bewegen von Domänen aus dem Gitterbereich 30 in die Leseeinrichtung 42 oder aus der Schreibeinrichtung 36 in den Gitterbereich 30 dargestellt. Die Fig. 30 und 31 zeigen die Reihenfolge der an die Leiter der F i g. 29 angelegten Ströme zum Bewegen der Domänen, während Fig.31 die Lage einzelner Domänen zu den Zeitpunkten zeigt, die dem Anlagen der verschiedenen Stromimpulse entsprechen.

F i g. 28 zeigt in einem Biockdiagramm die umkehrbare Arbeitsweise der in Fig. 29 wiedergegebenen Einrichtung. Sie besteht im wesentlichen aus dem Gitter 30, einem Übertragungsregister 154, einem Schieberegister 156, der Schreibeinrichtung 36 und der Leseeinrichtung 42. Information kann von der Schreibeinrichtung 36 zum Register 156 und dann zum Übertragungsregister 154 fließen, bevor sie in das Gitter 30 gelangt. Domänen 32 können sich außerdem vom Gitter 30 in das Übertragungsregister 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 154 und 156 Bewegung der Domänen 32 in beiden Richtungen.

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 4 d, und die Gesamtbreite ist daher 2 dm. Andere Abstände könnten ebenfalls verwendet werden.

Das Übertragungsregister 154 enthält zwei Stufen, welche das Schieberegister 156 und das Gitter 30 miteinander verbinden, in der am dichtesten am Gitter liegenden Stufe enthält das Übertragungsregister 154 m Domänen mit einem gegenseitigen Abstand von 2 d, während die zweite Stufe m/2 isolierte Domänen mit einem gegenseitigen Abstand von Ad enthält Das

Schieberegister 156 enthält m/2 isolierte Domänen mit einem Abstand von 4 d. d. h., jede zweite Bitposition ist im Register 156 mit Domänen gefüllt.

Fig. 29 zeigt schematisch den Aufbau des Übertragungsregisters 154 und des Schieberegisters 156. Das s Gitter 30 enthält Domänen 32 innerhalb der Begrenzungseinrichtung 34. Die Domänen im Gitter sind mit den kleinen Buchstaben a, b.c..... η. ο, ρ bezeichnet. Das Übertragungsregister 154 enthält mehrere Leiter A; B-, C und D, wobei zur Definition von möglichen Lagen, |₀ welche die Domänen einnehmen können, die Bezeichnunger, 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, 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 Permalloystruktur 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 162 sein, die entsprechend der Darstellung in F i g. 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.

Bevor die Folge der an die Leites 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, /und h in Bahnen, die nicht 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 niedergeschlagen 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.

Die F i g. 30 und 31 zeigen die Reihenfolge der angelegten Stromimpulse und die entsprechenden Positionen der Domänen während der Übertrage- und Schiebeoperationen. Zur Bezeichnung der Polarität dieser Stromimpulse wurde ein willkürliches Schema gewählt. Der Buchstabe L besagt, daß die linke Kante

des Leiters A O die Domänen anzieht, während die

rechte Seite sie ablöst. 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 Magnetisierungsrichtung in den zylindrischen Einzelwanddomänen verläuft.

Für die Leiter A bis D in F i g. 29 werden die Breiten und die Abstände so gewählt, daß das durch die Stromimpulse in diesen Leitern erzeugte Magnetfeld die Domänen durch das Übertragungsregister ähnlich bewegt, wie es oben im Zusammenhang mit den Fig. 19A bis 19E beschrieben wurde. Nimmt man z. B. an, daß eine Domäne von der linken Kante des Leiters angezogen und dann ein Ä-Impuls angelegt wurde, so heißt das, daß die rechte Kante des Leiters die Domäne anzieht, während die linke Kante sie abstößt. Wenn diese Domäne 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 unter der linken Kante des Leiters stand, wird sie nach rechts angezogen und von links weggeschoben und bewegt sich infolgedessen unter dem Leiter hinweg zur rechten Kante. Da die durch die Ströme in den Leitern erzeugten Magnetfeldgradienten 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 Dals 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 F g. 14E und 19A bis 19E beschriebenen Prinzipien gelten auch hier.

F i g. 30 zeigt in einer Tabelle die 16 Stromimpulsfolgen, die den Grundschiebezyklus bilden. F i g. 31 zeigt in einer anderen Tabelle die Positionen der 16 Zylinderdomänen a bis ρ nach jedem Schrit* 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.

Das Übertragungsregister 154 und das Schieberegister 156 setzen die Domänen im Schieberegister 156 ir den doppelten Abstand, wie sie ihn im Gitter 30 haben Wenn eine größere Trennung erwünscht ist, erreichi man sie einfach durch einen zusätzlichen Leiter übei einen weiteren Einleit- oder Ausleitschritt im Verhältni; 2:1.

Wenn einer der beiden Leiter A oder B in F i g. 2i nicht durch einen Stromimpuls aktiviert wird, erfolg auch keine Übertragung. Wenn der Leiter A nich

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 dleine durch einen iiromimpuls 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 Übertragungoperationen 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.

Wie aus den Fig. 30 und 31 hervorgeht, synchronisiert der Übertragungsprozeß sich automatisch mit der Stromimpulsfolge in den Leitern A, B. Wenn die Impulsfolge mit irgend einem anderen Schritt als dem Schritt 1 beginnt, dann passiei während des Restes des Stromimpuls-Teilzyklus nichts, und die richtige Übertragungsoperation 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, .... Λ 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.

Während der Zeiten 3 bis 8 fließen Ströme in den Leitern C und D zur Vervollständigung der Operation für im Übertragungsregister 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 rechte Kante des Leiters anziehend und die linke Kante abstoßend macht. Zur gleichen Zeit ist die linke Kante d.urch den Stromimpuls im Leiter 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 sich während s.s des Anlegens der StiOmimpulse 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 do 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, c und g. Die os 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.

Zur Zeit 11 stoßen die Leiter Cund Dan ihrer linken Kante Domänen ab. Folglich bewegen sich die Domänen α. c, c 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 Cund /^umgekehrt. Das bedeutet. daß die linke Kante 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 csich aus der Position 3.4 in die Position 2.4 bewegi. Die Domänen a, c, e und g, die in das Schieberegister ί56 durch den vorigen Schritt gesetzt wurden, beginnen also jetzt, sich im Schieberegister 156 in Richtung des Pfeiles 158 zu bewegen. Diese Domänen kön. en 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, belegen sich die Domänen a, d, /und Λ aus ihrer zweiten Position erst zur Zeit 16 dieser Reihenfolge. Zu diesem Zeitpunkt beginnen sie sich in den vorher von den Domänen a, c, e und g durchlaufenden Bahnen zu bewegen, um in das Schieberegister 156 zu gelangen. Wenn sie das Register 156 erreichen, bewegen sie sich im Register 156 in Richtung des Pfeiles 158 nach unten.

Die Bewegung der nächsten Reihe von Domänen i,j, ..., ρ des Gitterbereiches 30 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 / 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 pbewegen, 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 / folgt beispielsweise demselben Weg wie die Domäne a und die Domäne j demselben Weg wie die Domäne b.

Aus den Fig.30 und 31 ist zu ersehen, daß Gruppen von m (Gesamtzahl von Domänen in einer Reihe) durch das Übertragungsregister 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 A bis Dumkehrt.

Die Breite der Leiter A bis Dkann 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 Gitterbeieich zurückbewegt werden. Außerdem können größere

Einleit- und Ausleitkapazitäten vorgesehen werden.

Das Grundschema arbeitet auch, wenn die wechbelwirkenden 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 wechseiwirkenden Elementen nicht immer mit einer besonderen Methode verändert werden muß. Weiterhin braucht auch bei magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen der Abstand nicht unbedingt verändert zu werden, wenn die Domänen dem Gitterbereich entnommen oder in den Gitterbereich von einem externen Bereich aus hineingesetzt werden.

Codierte wechselwirkende Elemente

Den wechselwirkenden Elementen 32 kann Information zugeordnet werden. Bestehen diese Elemente aus magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen, können verschiedene physikalische Eigenschaften der Domänen zur Unterscheidung der einen Art von Domänen voii 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 wechseiwirkenden Elementen erscheint eine Codierung nach dem physikalischen Erscheinungsbild geeignet. Die folgenden Abschnitte unter dieser Unter-Überschrift zeigen beispielsweise verschiedene Arten der möglichen Codierung, wenn den wechselwirkenden Elementen Information zugeordnet werden soll.

Codierung von zylindrischen Einzelwanddomänen:
Harte/weiche Domänen

Bei einer ersten Art der Codierung wird die Existenz sogenannter »harter« und »weicher« magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen dazu benutzt, datenverarbeitende System j:u erstellen, in denen die Information durch verschiedene Domäneneigenschaften übertragen wird. Unter einer harten Domäne versteht man eine zylindrische Einzelwanddomäne, die eine große Anzahl vertikaler Blochlinien in ihrer Domänenwand hat und die erst bei höheren Vorspannfeld^rn zusammenbricht; unter einer »weichen« Domäne versteht man eine 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. M a 1 ο ζ e mo ff, in Applied Physics Letters, 21, 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 F i g. 33 die Leseoperation zeigt, wenn die Information durch harte/weiche magnetische Einzelwanddomänen gespeichert ist.

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

Das magnetische Medium 62 trägt magnetische zylindrische Einzelwanddomänen. Ein Generator für harte Domänen 160 besteht im wesentlichen aus einer stromführenden Spule 162, die an eine Gleichspan-

s nungsquelle 164 für die Vorspannung 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

ίο stromführende Leiter 170A, 170ßund ^OCvorgesehen. Diese Leiter sind mit (nicht dargestellten) Stromquellen verbunden, welche die Ströme U, Ib, Ic durch die Leiter

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 Hin der Ebene der magnetischen Schieb! 62. Die Leiteinrichtung 172 kann auch Treibströme führende Leitermuster anstelle des magnetisch weichen Materials 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 Magnetfelder wirken auf Streifendomänen 176 ein und zerhacken diese in kleinere Domänen, deren Wände vertikale Blochlinien enthalten.

Die Gleichspannung des Vorspannfeldes H₇ in der Spule 162 wird durch die Gleichspannungsquelle 164 geliefert. Änderungen des Gesamt-Vorspannfeldes innerhalb der Spule 162 werden durch überlagerte und

.15 von der Impulsquelle 166 erzeugte Stromimpulse hervorgerufen. Am 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

so 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 170/4 bis 170C anlegt. Die durch die Ströme in diesen Leitern erzeugten magnetischen Felder schaffen Vorspannfeldgradienten, weiche die harten Domänen in die Nähe der Leit- und Transporteinrichtung 172 ziehen. Wenn die Domänen einmal dort sind, werden sie zu sich ausbildenden magnetischen Polen an den T- und den I-Balkcn angezogen, je nachdem, wie das rotierende Treibfeld H

<\s 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

(Tbo.cxEuo^Yy) Fe3,85Gai,isOi2

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 κ Verteilung der verschiedenen Domänentypen ab, die erzeugt werden sollen. Mit zunehmender Anzahl der Impulse wird die Wahrscheinlichkeit immer größer, daß man Domänen mit einer größeren Anzahl vertikaler Blochlinien erzeugt. Je länger die angelegten Stromim- i_: pulse dauern, desto größer ist daher die Wahrscheinlichkeit, daß Domänen mit einer kleineren Anzahl vertikaler Blochlinien zusammenbrechen. Die Größe des letzten Stromimpulses wird so gewählt, daß alle Domänen in der Spule 162 zusammenbrechen mit >c Ausnahme derjenigen, die in ihrer Domänenwand die die gewünschte Mindestanzahl vertikaler Blochlinien haben. Damit ist sichergestellt, daß man genügend harte Einzelwanddomänen für die jeweils gewünschte Operation erhält. ?.j

Die Größe der angelegten Stromimpulse hängt gewöhnlich bis zu einem gewissen Grad von der Magnetisierung 4 π M₅ der Magnetschicht 62 ab. Wenn 4 π M₅ zunimmt, sind größere magnetische Vorspannimpulse zur Erzeugung der harten Domänen erforderlieh. Im allgemeinen sind angelegte Vorspannfeldimpulse bis zu einer Größe von 50% von 4 π M₅ akzeptabel.

Je länger die angelegten Zerhackerimpulse dauern, um so größer ist die Chance des Zerhackens. Danach ist die Wahrscheinlichkeit des Domänenzusammenbruches in der Spule 162 um so größer, je länger die angelegten Stromimpulse dauern.

In Fig.32 ist der Generator für harte Domänen 160 in Teil der ganzen Schreibeinrichtung 36 (F i g. 6), mit der ein Muster codierter Informationen geliefert werden soll. Die harten Domänen werden daher kombiniert mit den weichen Domänen aus einem normalen Domänengenerator !78. 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 bewegen. In dem in Fig. 32 gezeigten Ausführungsbeispiel bewirken die harten Domänen die Abgabe von weichen Domänen an den Informationssirom, der an die Eingabeeinrichtung 38 angelegt wird.

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

Der Generator 178 besteht aus einer Scheibe 188 magnetisch weichen Materials, wie Permalloy, und einer zusätzlichen Schicht 190 aus magnetisch weichem Material, wie Permalloy, die mit dem Medium 62 in Austauschkopplung steht. Die Schicht 1'iO unierdrückt vom Generator 178 erzeugte harte Domänen. Weiche Domänen werden in jedem Umdrehungszyklus des Treibfeldes //geliefert. Diese weichen Domänen laufen zur Transporteinrichtung 182 weiter und folgen den

fto wiederholten Polmustern 2, 3 und 4 auf dem T-Bulken 192. Zum weichen Domänengeneralor 178 gehört auch ein L-Balken 194, der als Vernichter für die im Generator 178 erzeugien weichen Domänen dient, falls s 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 182 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 l_g fließt, finden die harten Domänen am Ende des I Balkens 1% 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 //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_g in der Schleife 184 weiterlaufen. Auf diese Weise wird für den Durchgang von harten Domänen eine Torschaltung geschaffen.

Während eines jeden Umdrehungszyklus des Treibfeldes //wird vom Generator 178 eine weiche Domäne erzeugt. Die weichen Domänen laufen zum T-Balken 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 Polposition 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 Domänengitteranordnung kann man für die Erzeugung von harten und weichen Domänen 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

Härte bedeutet auch, daß man Information mit mehr als zwei digitalen Werten codieren und speichern kann.

F i g. 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. ,₀

Dieser Diskriminator 200 läßt alle weichen Domänen im Informationsmuster zusammenbrechen und somit nur die harten Domänen weiterlaufen. Diese harten Domäner, w-jrdsn dann durch eine Domänenabfühleinrichtung abgefühlt, beispielsweise durch einen magnetoresistiven Fühler, wie er z. B. in der US-Patentschrift 36 91540 beschrieben ist. Nach dem Abfühlen der Information müssen die fehlenden weichen Domänen im Informationsmuster wieder zugesetzt werden, wenn nichtzerstörend gelesen werden soll. Zum Wiederaufbau des ursprünglichen Informationsmusters ist daher ein Generator für weiche Domänen erforderlich.

Das Muster aus harten und weichen Domänen gelangt in den Diskriminator 200 für harte Domänen in Richtung des Pfeiles 198. Der Diskriminator besteht aus 2s einer stromführenden Spule 202, die an eine einen Strom I_c liefernde Stromquelle angeschlossen ist. Der Strom I_c erzeugt in der Spule 202 ein Magnetfeld mit derselben Richtung wie das Vorspannfeld Hb. Dadurch wird das Vorspanr.feld an der Polposition 4 des I-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 206 aus T-Balken und I-Balken weiterlaufen.

Durch die Leiteinrichtung 206 laufende Domäne 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 I₅ 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 V₅ festgestellt, die so das Vorhandensein einer harten Domäne in flußkoppelnder Nähe zum Abfühlelement 210 anzeigt. Wenn keine Domäne das Abfühlelement 210 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 ₅__s Erzeugung von weichen Einzelwanddomänen im Informationsmuster benutzt. Diese Wiederherstellungsvorrichtung besteht aus einem Generator 218 für weiche Domänen zusammen mit einer Schicht magnetisch weichen Materials 220 zur Unterdrückung von harten <₎₀ Domänen. Die Transporteinrichtung 222 führt die weichen Domänen in den Informationsmusterstrom. Außerdem ist ein Domänenvernichter 224 vorgesehen.

Während jedes Zyklus des Treibfeldes H wird eine weiche Domäne vom Generator 218 erzeugt und über (^ den T-Balken 222 weitergeleitet. Wenn jedoch in der Polposition 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 das Treibfeld H weiterdreht. Wenn zu diesem Zeitpunkt jedoch keine harten Domänen in der Polposition 3 des T-Balkens 226 stehen, laufen vom Generator 218 erzeugte weiche Domänen zur Transporteinrichtung 206 und weiter nach rechts in Richtung des Pfeiles 214. Somit ist die ursprüngliche Kombination von harten und weichen Domänen in dem Musterbereich wiederhergestellt. Dieses wiederhergestellte Informationsmuster kann an einer Eingabeeinrichtung 38 zur Eingabe in dieselbe oder eine andere Gitteranordnung (Fig.4) oder an eine Vernichtungseinrichtung zum Löschen der Information gesendet weiden. 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 Ablenkeigenschaften ausnutzen, wurden bereits vorgeschlagen. Die Ablenkung einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne in einem Gradientenmagnetfeld hängt von der Anzahl von Drehungen der Magnetisierungsvektoren am Umfang der Domänenwand ab. Eine Domäne ohne vertikale Blochlinien wird z. B. im Gradientenfeld abgelenkt, während eine Domäne mit einem Paar vertikaler Blochlinien abgelenkt wird oder nicht, abhängig vom Vorzeichen des Blochlinienpaares.

In der vorliegenden Anmeldung kann auch die Information in Domänen in einer Gitteranordnung unter Ausnutzung ihrer Ablenkungseigenschaften codiert werden. Einerbits darstellende Domänen können beispielsweise durch eine Domäne wiedergegeber, werden, die eine 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.

F i g. 34 zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung vor Domänen mit verschiedenen Ablenkeiger.schaften F i g. 35 zeigt eine Einrichtung zum Abfühlen vor Domänen mit verschiedenen Ablenkeigenschaften, die aus dem Gitterbereich entnommen wurden.

Im einzelnen zeigt F i g. 34 einen Generator 228, dei Domänen mit unterschiedlichen Ablenkeigenschaften ir einem magnetischen Gradiemenfeld erzeugt. Diese! Figur stellt eine Schreibeinrichtung 230 dar, die von Generator 228 erzeugte Domänen nach ihren Ablenkei genschaften in einem magnetischen Gradientenfell trennt. Die Domänen von der Schubeinrichtung 231 können direkt an eine Eingabeeinrichtung 38 zu Eingabe in eine Gitteranordnung 30 gesendet werden.

Der Generator 228 gleicht dem in F i g. 32 gezeigte Generator zur Erzeugung harter und weicher magneti scher zylindrischer Eir.zelwanddomänen. Er enthält ein an eine Stromquelle 234 angeschlossene Spule 232, di zum Zerhacken der Streifendomäne 236 dient. Der Re«

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 Impulsquelle 242 wahlweise mit dur Schaltung verbunden. Außerdem sind Leiter 246/1, 246fl > und 246Cvorgesehen.

Im Betrieb erzeugen Slromimpulse Λ, h und h in den Leitern 246/\ bis 246C anziehende Magnetfelder zum Bewegen von Domänen in den Bereich innerhalb der Spule 238 hinein. Strom in der Spule 238 reduziert das ,₀ wirksame Vorspannfeld innerhalb dieser Schleife, so daß eine in dieser Schleife vorhandene Zylinderdomäne zu einer Streifendomäne 236 auseinander gezogen wird. Nachdem diese Streifendomäne 236 in der Schleife 238 vorhanden ist. wird ein Stromimpuls / im Leiter 232 erzeugt. Dieser zerteilt die Domäne 236, da verschiedene magnetische Felder auf beide Seilen der Domäne 236 einwirken. Die zerteilte Domäne läuft dann unter Steuerung der Transporteinrichtung 248 nach rechts, die liier als eine Reihe von T- und I-Balken dargestellt ist.

Zur Schreibeinrichtung 230 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 Zusammenbrechenlassen von durch den Generator 228 gelieferten Domänen erzeugen.

Eine Ablenkeinrichtung 254 enthält zwei stromführende Leiter 256Λ und 256ß, die über regelbare Strombegrenzungswiderstände Ra und Rb an eine Stromquelle 258 angeschlossen sind. Die Stromquelle 258 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 magnetischer Vorspannungen bestimmt sind oder auch Schichten aus magnetischem Material enthalten, das mit der Magnetschicht 62 in Austauschkopplung steht 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 in die Lage A erreichen. Das Vorspannfeld bei A ist von dem Feld am Punkt B verschieden, und die Domänen werden entsprechend den Dreheigenschaften ihrer Wandmagnetisierung abgelenkt In dieser Zeichnung werden Domänen mit einer Drehung der Wandmagnetisierung von +1 um den Winkel +ρ 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 ihrer Wandmagnetisierung werden um einen Winkel — ρ 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.

Die Behälter sollen die gleiche Anzahl Domänen von jeder Art enthalten und die Information soll wahlweise von den Behältern auf andere Datenvvege umgeschaltet werden können. Da der Generator jedoch nur eine statistische Verteilung von Domänen mit verschiedenen Ablenkungseingenschaften erzeugen kann, ist eine Schaltung vorgesehen zur Überwachung 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 Behalte· laufen würden, zum Zusammenbruch. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis alle Behälter voll mit den Domänen versorgt sind, dies die speichern sollen.

Zu jedem Behälter gehört ein Schalter SlV+1, SlV-O, SW— 1. Diese Schalter werden unter Steuerung der Decodierschaltsteuerung 264 betätigt und leiten 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 36 89 902 oder 37 01 125 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.

Im allgemeinen enthält diese Schaltung einen Zähler, der die Zahl der in den Elehälter einlaufenden Domänen zählt, sowie eine Stromquelle zur Erzeugung eines Stromes, dessen Magnetfeld ausreicht, um unerwünschte Domänen zusammenbrechen zu lassen, die in Richtung auf den Behälter laufen. Der +1-Zäliler mit dem zugehörigen Zusammenbruchstromgenerator 266 + 1 ist z. B. mit dem Behälter +1 verbunden. Dieser Zähler erfaßt Domänen mit einer Ablenkung +ρ 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 +1-Behälter einlaufen wollen. Ähnlich 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 -1-Behälter ein -1-Zähler und ein -1-Zusammenbruchstromgenerator 266-1 und ein -1-Leiter 268-1 Diese Zähler und Leiter liefern auch Eingangssignale an das UND-Glied 270, welches beim Zusammentreffen aller Eingangssignale ein Signal an die Generat arsteuerung 250 gibt. Auf dieses Signal hin erzeugt die Generatorsteuerung 250 einen Stromimpuls irn Leiter 252, der die Weitergabe von Domänen in Richtung des Pfeiles 262 stoppt

Die Zähler und Zusammenbruchstromgeneratorer leifern auch Eingangssignale an die Taktsteuerschaltung 272, die wiederum die Decodiererschaltsteuerung 254 betätigt Die Taktsteuerschaltung 272 liefert ein Signa an die Decodierschaltsteuerung 264, nachdem sie Signale von allen Schalteinrichtungen 266 empfanger hat um der Decodierschaltsteuerung 264 anzuzeigen daß nun Domänen aus allen Speicherbehältern entnonv men werden könnten. Auf diese Weise kann mar wahlweise codierte Domänen aus den Speichern zui Weiterleitung in Richtung der Pfeile 274 entnehmen.

F i g. 34 zeigt somit cine Schaltung zur Lieferung von Domänen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften in reproduzierbarer Weise für die Übertragung 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 Ablenkcigenschaften kann man konventionelle Buwegungsschaltungen verwenden. Die Bcwegungscinnchtungen 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 unf und bilden stabile Bewegungsbahnen. Die so codierten Domänen verhalten sich innerhalb des Gitters daher in gleicher Weise wie die nicht codierten Domänen.

Es ist möglich, manche der in F i g. 34 zur Erläuterung dargestellten Komponnenten in einer wirklichen Schaltung wegzulassen.

F i g. 35 zeigt eine Vorrichtung zum Lesen von zylindrischen Einzelwanddomänen unter Benutzung ihrer Ablenkeigenschaften. In dieser Vorrichtung wird z. B. von der Ausgabeeinrichtung 40 des in F i g. 2 gezeigten datenverarbeite:nden Systems ein Muster von Domänen geliefert, welches zu einer Ablenkeinrichtung 254 weiterläuft, die gleichartig wie in F i g. 34 aufgebaut ist. Diese Ablenkeinrichtung 254 enthält Leiter 256Λ und 256B, die über die Widerstände R_A und Rb mit einer Stromquelle 238 verbunden sind. Die Gradientensteuerung 260 gibt Signale an die Stromquelle 258 zur Bestimmung der Stärke des Gradienten, der durch den Strom in den Leitern 256/1 und 256B bereitgestellt wird.

Von dem Gitterbereich kommende Domänen haben durch die Einrichtung nach F i g. 34 vorher bestimmte Ablenkeigenschaften. Diese Domänen werden daher durch das durch die Einrichtung 245 erzeugte Gradientenfeid entsprechend ihren Ablenkeigenschaften getrennt. Verschiedene Transportschaltungen 276 + 1, 276-0 und 276—1 bewegen die Domänen zu einer Abfühleinrichtung 278.

Die Abfühleinrichtung 278 enthält Abfühlelemente 280+1, 280-0 und 280-1. Beispielsweise werden magnetoresistive Abfühldemente 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 I₅ durch die Abfühlelemente. Abhängig vom Vorhandensein oder Fehlen von Domänen in flußkoppelnder Nähe der Abfühlelemente werden verschiedene Spannungssignale V₅ 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 ihre 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

₄o

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65 können, tritt das Problem unterschiedlicher Beweglichkeit wie bei der Codierung nach harten und weichen Domänen nicht auf bei der Codierung der Domänen nach ihren Ablenkeigenschaften.

Codierung durch Domänen unterschiedlicher Größe

Magnetische zylindrische Einzelwanddomänen mit unterschiedlicher Größe können gleichzeitig im magnetischen Medium existieren. 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 Größen in einem magnetischen Medium 62 erzeugt werden können. Diese Domänen unterschiedlicher Größe werden infolgedessen als A-Domänen und ß-Domänen bezeichnet, wobei die ^-Domänen optisch größer erscheinen. Der Generator 284 besteht aus einer stromführenden Spule 286, die an eine Impulsstromquelle 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 Vorspann feld Hb, das durch die Quelle 290 erzeugt wird. Eine Treibfeldquelle 292 liefert ein in der Ebene des magnetischen Mediums rotierendes Treibfeld H zur Bewegung von Domänen in Verbindung mit der weichmagnetischen Transporteinrichtung 294. Die Steuereinrichtung 296 liefert Steuersignale an die Impulsstromquelle 288 und die Magnetfeldquellen 290 und 292.

Im Betrieb existieren Streifendomänen 298 im ganzen magnetischen Medium 62, wenn es entmagnetisiert ist. Ein an die Spule 286 angelegter Stromimpuls zerhackt die Streifendomänen 298 in Segmente, von denen einige /4-Domänen und andere ß-Domänen sind. Unter Einwirkung des Treibfeldes Wund der Transporteinrichtung 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 ß-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 /4-Domäne in die Gegenrichtung umkehri (d. h. in die Richtung der Magnetisierung des magnetisehen Mediums 62). Somit wird eine Α-Domäne in eine B-Domäne umgewandelt, die sich nicht durch die ganze magnetische Schicht hindurch erstreckt oder eine andere Wandkonfiguration hat als eine Λ-Domäne.

Die Amplitude des Stromimpulses zum Umschaltet des Domänentyps wird so gewählt, daß der Impuls eil für diese Umwandlung geeignetes Spitzenmagnetfeli erzeugt. Im Falle der für magnetische zylindrisch! Einzelwanddomänen üblichen Granatmaterialien is eine Amplitude von etwa 50 bis 100 Oe geeignet. Mai kann entweder einen einzelnen Stromimpuls ode mehrere benutzen, wenn die Impulsdauer etwa 10 MiIIi Sekunden beträgt. Bei Benutzen eines Impulszuges kan die Frequenz dieses Impulszuges zwischen 10 un>

609 550/3E

100 Zyklen pro Sekunde liegen. Dem Verfahren liegt die Idee zugrunde, daß durch das Zerhacken der Streifendomänen Domänen vom Typ A und vom Typ ßini Bereich der Spule 286 erzeugt werden, und das durch die Umschaltung der Polarität eines Impulses mit geeigneter Amplitude ein Domänentyp in der. 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 ,o Magnetfeld erzeugt wird, dessen Richtung der Richtung des Vorspannmagnetfeldes Hb entgegengesetzt ist. Das durch den Strom in der Spule 286 erzeugte Impulsmagnetfeld dreht die Magnetisierungsrichtung des Mediums 62 in dem Bereich unter einer Domäne des Typs B. ,5 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 einer Domäne des Typs A in eine Domäne des Typs B, d. h., es gelten dieselben Parameter für Amplitude, Dauer, Frequenz etc.

Eine Abfühleinrichtung 302 stellt fest, ob eine durchlaufende Domäne zum Typ A oder zum Typ B gehört- In diesem Falle besteht die Abfühleinrichtung ,5 302 aus einem Abfühlelement 304, das z. B. ein magnetoresistiver Fühler sein kann. Eine Stromquelle 306 liefert einen Meßstrom h durch das Element 304 und ein Spannungssignal V_s wird am Element 304 erzeugt, wenn eine Domäne nahe \ orbeiläuft. 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 308 getroffen, die entsprechend einer Steuerstrom in den Leiter 310 liefert, um Domänen zusammenbrechen zu lassen, die zum 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 Domänetypen, wie sie beispielsweise in Fig.34 für Domänen mit verschiedenen Ablenkeigenschaften dargestellt wurde.

F i g. 36 veranschaulicht auch ein Verfahren zum Lesen von Domänen mit verschiedener Größe, mit denen die vom Gitter 30 entnommene Information bestimmt werden kann. Wenn das sich in Richtung der Pfeile 300 bewegende Domänenmuster z. B. das Muster von Domänen aus einer Reihe im Gitter ist, die dem Gitter durch das Übertragungsregister 154 und das Schieberegister 156 (F i g. 29) entnommen wurde, kann man leicht eine Fühleinrichtung 302 benutzen. Auch weisen bei optischer Betrachtung die Domänen vom Typ A und vom Typ B eine untersbhiedliche Größe auf, so daß sie auch mittels eines gebräuchlichen optischen Verfahrens beispielsweise in polarisiertem Licht durch Ausnutzung des Kerr-Effektes oder des Faraday-Effektes gelesen werden können.

Ein anderer geeigneter Fühler ist eine Leiterschleife, an der die verschiedenen Domänetypen vorbeilaufen. Die Leiterschleife fühlt eine Flußänderung durch die großen /t-Domänen ab, die sich von der Flußänderung durch die kleineren B-Domänen unterscheidet. Die oszillierende Abfühlung kann genausogut angewandt werden.

Die Codierung in Domänen mit unterschiedlicher ^₅ Größe kann einige Probleme bei der Bildung regelmäßiger Gitter aufwerfen, wenn die Größen der Einzelwandfomänen nicht einigermaßen dicht beieinander liegen.

Diese Art codierter Domänen läßt sich trotzdem in einer beträchtlichen Anzahl von Gittersystemen verwenden.

Codierung durch den Magnetisierungsdrehsinn

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 Drohstellungen der Magnetisierung, die in den Wänden von Einzelwanddomänen 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 bekannten 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.

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 Fig.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 F i g. 37 A gezeigt, der linksgerichtete in F i g. 37B.

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

F i g. 38 zeigt die Form eines für die Verschiebung von Domänen mit reinem M-Drehsinn geeigneten magnetischen Feldimpulses H_x. Für die Anstiegszeit und Abfallzeit des Impulses H_x für seine Verwendung zum Lesen von im M-Drehsinn codierten Domänen gibt es bestimmte Forderungen. Die optimale Amplitude des Impulses H_x ist z. B. ungefähr 8 Μ_Λ wobei M_s die Magnetisierung des magnetischen Domänenmaterials ist. Die Anstiegszeit des Impulses H_x sollte kleiner sein

24 41 ΖϋΌ

als der Näherungswert

worin λ der Daniplungskoeffizienl des Einzelwanddomäncnmaicrials und γ die gyromagnetische Konstante des Materials ist. Für ein praktisch verfügbares P.isengranatmatcrial einer seltenen Erde mit niedrigerem Verlust

(y = 1,7 χ lO'sec ¹Oe, /\ = 10-2, H₁. ₌ 0,30 Oe, Λ·/₍ = 20Gauß), liegt dieser Wert annähernd 30 Nanosekunden.

Die Abfallzeit des Impulses H_x sollte ein Mehrfaches dieser höchstzulässigen Anstiegszeit betragen. Unter diesen Annahmen ist die durch H_x erzeugte Einzelwanddomänenverschiebung ungefähr

Δι[ά

oder mehrere Mikrometer für Granat. Mit einer Kette solcher Impulse erreicht man eine kumulative Verschiebung. Aus diesen Größenwerten geht hervor, daß Materialien mit höheren Dämpfungskoeffizienten erwünschter sind. Durch die Sättigungsgeschwindigkeitseffekte in den Materialien ist eine solche Forderung kein nachteiliger Faktor für die Geschwindigkeit der Einzelwanddomänen.

Es wurde gefunden, daß ein Impuls des magnetischen Vorspannfeldes Hb senkrecht zur Ebene des magnetischen Materials den M-Drehzustand der Einzelwanddomäne beeinflussen kann. Änderungen im magnetischen Vorspannfeld können daher zu einer Umschaltung des rechts gerichteten M-Drehsinnes in einen linksgerichteten und umgekehrt führen. Im allgemeinen reicht eine Änderung im Vorspannfeld mit der annähernden Größe von 2π α. MsAeiJh aus, um den Informationszustand der Einzelwanddomäne zu verändern. Hier ist Abl die Breite einer Blochlinie und h die Dicke des magnetischen Materials. Das als Leseeinrichtung gebaute Gerät muß daher sorgfältig so konstruiert werden, daß Gradienten in der Magnetfeldvorspannung senkrecht zur magnetischen Schicht nicht auftreten. Deswegen werden die in den F i g. 39 und 40 dargestellten Vorrichtungen verwendet.

In Fig.39 ist das magnetische Material 62 von einer stromführenden Spule 320 umgeben, die als Teil einer Leseeinrichtung dazu dient, die M-Drehsteliung einer Domäne und damit den Informationszustand zu ermitteln. Die Spule 320 ist an eine Stromquelle 322 angeschlossen, die einen Strom I_x liefert. Der Strom in der Spule 320 baut ein magnetisches Impulsfeld H_x in der Ebene des Mediums 62 auf.

Im Betrieb veranlaßt das magnetische Impulsfeld H_x eine Bewegung der Einzelwanddomäne BD in Richtung der Pfeile 316 oder 318, abhängig vom M-Drehzustand der Einzelwanddomänen. Die Detektoren 322Λ und s 322ß, beispielsweise magnetoresistive Detektoren, bestimmen die M-Drehstellung der Domänen und sind je an eine Benutzereinrichtung 44 angeschlossen.

Während die Amplitude des magnetischen Impulses H_x mit der Zeit abfälk, unterliegen die Magnetisierungsvektoren 314 einer Präzessionsbewegung in Rückwärtsrichtung, verglichen mit der ursprünglichen, und folglich bewegen sich die magnetischen Einzelwanddomänen jetzi rückwärts. Diese verschiedenen Bewegungen der Domänen mit unterschiedlichem M-Drehsinn bei

is Anlegen des Magnetfeldimpulses kann man z.B. mit einem Mikroskop beobachten.

Mit stromführenden Spulen erhält man nur schwer magnetische Impulse mit ausreichend kurzen Anstiegszeiten. Die in F i g. 40 dargestellte Vorrichtung verwen- det daher Leiterstreifen für die Erzeugung eines in der Ebene liegenden Magnetfeldes mit hinreichend kurzer Aufbauzeit. In Fig.40 ist ein relativ breiter Leiter 324 an eine Stromquelle 326 angeschlossen, die den Strom I_x liefert. Die Leiter Cund C'sind mit der Stromquelle 328 über die Widerstände R und R' verbunden. Mit der Steuereinrichtung 330 werden die Stromquellen 326 und 328 geschaltet.

Das magnetische Grundfeld H_x in der Ebene wird durch den Strom I_x im Leiter 324 aufgebaut. Um die

jo Gradienten im magnetischen Vorspannfeld senkrecht zur Ebene des magnetischen Materials 62 möglichst klein zu halten, baut der Strom in den Leitern Cund C Magnetfelder auf, die jedes Gradientenmagnetfeld im Bereich unter dem Leiter 324 wo dei M-Drehsinn festgestellt werden soll, aufheben wollen. Der M-Drehsinn wird so genau bestimmt und nicht durch magnetische Störimpulse in der z-Richtung oder durch Gradienten in der z-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 F i g. 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.

Hierzu 17 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche: 24

1. Massenspeicher für durch magnetische Einzelwanddomänen dargestellte Information, welcher Speicher aus einer unter Einfluß eines magnetischen Stützfeldes zur Stabilisierung der magnetischen Einzelwanddomänen stehenden, monokristallinen oder amorphen und ferro- oder ferrimagnetischer. Dünnschicht, genannt Speicherschicht, mit den zugehörigen Schreib- und Lesevorrichtungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Informationsdarstellung magnetische Einzelwanddomänen unterschiedlicher Magnet- und/oder Formeigenschaften dienen, daß unter vorgegebener Magnetfeldgradientenwirkung als äußerer Kraft magnetische Einzelwanddomänen in vorgegebenen definierten Speicherschichtbereichen derart eingeschlossen sind, daß sie durch die gegenseitige Abstoßung der magnetischen Einzelwanddomänen bedingten internen Wechselwirkungskräfte mit der äußeren Kraft im Gleichgewicht stehen, so daß ein Domänenschichtgitter entsteht, dessen in einem hexagonalen Muster liegende Gitterplätze vollständig mit Magnetischen Einzelwanddomänen besetzt sind, und daß der Magnetfeldgradient mit Hilfe der Schreib- und Lesevorrichtungen an den Randzonen der genannten Speicherschichtbereiche zur Speicherein- und -ausgabe unter Wahrung der Vollbesetzung der Gitterplätze in Richtung einer oder mehrerer der senkrecht und/oder parallel zu den im Domänenschichtgitter um 60° zueinander versetzt liegenden Einzelwanddomänenzeilen oder -spalten änderbar ist.

2. Massenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung eines jeweiligen Speicherschichtbereiches ein parallelogrammförmiges Domänenschichtgilter bereitstellt.

3. Massenspeicher nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung aus auf der Speicherschichl angeordneten elektrischen Leitern besteht, deren durchfließenden Ströme den Magnetfeldgradienten bereitstellen.

4. Massenspeicher nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die EJegrenzungseinrichtung aus auf der Speicherschichl angeordneten Streifenelementen aus magnetischen Werkstoffen besteht.

5. Massenspeicher nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungeinrichtung aus Bereichen der bzw. in der Speicherschicht besteht, deren magnetische Eigenschaften örtlich gegenüber denen der Speicherschicht verändert sind.

6. 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 bzw. gleichförmig wirksam ist.

7. Massenspeicher nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Existenz von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen in der Speicherschicht notwendige Stützfeld in verschiedenen Bereichen der Speicierschicht mit unterschiedlicher Feldstärke wirksam ist.

8. Massenspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke des Stützfeldes

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