DE2445441C3 - Magnetische Blasendomänenvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Blasendomänenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt aus der US-PS 37 01 129. Dabei befinden sich auf einer Unterlage ein oder mehrere Streifen aus Blasendomänenwerkstoff sowie elektrische Leiterbahnen. Abhängig von der Richtung der Ströme in d<.-n LeUn /bahnen kann eine in dem Streifen vorhandene Domäne auf verschiedene Größen und verschiedene Positioi -:n in dem Streifen aus Blasendomänenwerkstoff eingestellt werden. Die Stabilität der einzelnen Domänengrößen und Positionen ist jedoch nicht sehr groß, insbesondere beim transportieren der Domänen mittels zusätzlicher magnetischer Felder, so daß durch relativ kleine Störungen, beispielsweise Unregelmäßigkeiten der Schicht oder der externen Felder, eine Domäne einer bestimmten Form oder Position insbesondere beim Transport ungewollt eine andere Form oder Position annehmen kann. Ferner muß bei der bekannten Vorrichtung der bzw. jeder Streifen aus Blasendomänenwerkstoff eine genau definierte Breite aufweisen, die von den magnetischen Eigenschaften des Werkstoffs abhängt. Eine Ausbildung als zusammenhängende einfache Schicht ist also nicht möglich.

Aus den US-Patentschriften 37 28 153 und 36 76 872 sind Vorrichtungen bekannt, in denen Blasendomänen unterschiedlicher Größe aufrechterhalten und fortbewegt werden können. Diese Vorrichtungen enthalten jedoch zwei Schichten aus magnetischen Blasendomänenwerkstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung übereinander. Aufgrund der verschiedenen Materialzusammensetzung der Schichten sind die magnetischen Eigenschaften unterschiedlich und daher auch die Abmessungen der Domänen in den beiden Schichten. Der Aufbau aus zwei Schichten bedingt einen erheblichen Fertigungsaufwand, und die Domänen der einen Größe dienen jeweils zum Erzeugen bzw. Transponieren der Domänen der anderen Größe.

Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es. eine magnetische Blascndomänunvorrichlung der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach aus einer einzigen zusammenhängenden Schicht aufgebaut ist und in der die Domänen auch beim Transportieren ihre Größe zuverlässig beibehalten und ein geringer Abstand der Domänen ohne störende gegenseitige Beeinflussung möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es insbesondere möglich, einen Speicher für binäre Daten mit hoher Speicherdichte aufzubauen. Der Unterschied zwischen einem Bit 0 und einem Bit 1 liegt nun in der

ίο verschiedenen Größe der Domänen. In einem praktischen Beispiel haben die beiden Domänengrößen die gleiche Form und sind zum Beispiel beide kreiszylindrisch gestaltet. In einem anderen Falle haben beide Domänengrößen verschiedene Formen, zum Beispiel ist die eine Größe kreiszylindrisch und die andere Größe langgestreckt. In jedem Falle wird die einmal erzeugte Größe durch die Domänenleitungsstruktur zuverlässig aufrechterhalten.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Speicher für binäre Daten sind alle benachbarten Bitstellen besetzt. Die abstoßende Wechselwirkung zwischen den benachbarten Domänen ist nur eine Funktion der Größe der Domänen, wobei zu berücksichtigen ist, daß bezüglich Größe nur zwei Domänentypen vorhanden sind. Infolgedessen ist die Variation der gegenseitigen Wechselwirkung zwischen Domänen an verschiedenen Stellen in der Vorrichtung sehr gering. Dies ermöglicht, einen kleineren Bit-Abstand einzuhalten, ohne daß die Wirkung der Vorrichtung dadurch beeinträchtigt wird. 1st der Radius der kleinen kreiszylindrischen Domänen R, so ist in diesem Falle ein Bit-Abstand von 3 R bis 4 R möglich.

Die beiden Domänentypen können auf verschiedene Weise hergestellt werden. Es ist möglich, die Vorrichtung an zwei Quellen anzuschließen, die je einen bestimmten Domänentyp erzeugen. Weiter ist es möglich, eine einzige Quelle zu verwenden, die einen Domänentyp in den anderen Domönentyp umwandeln kann. Soll die gespeicherte Information geändert oder soll andere Information verarbeitet werden, so werden neue Domänen aus der (den) Quelle(n) zugeführt und wenigstens ein Teil der in der Vorrichtung vorhandenen Domänen abgeführt. Eine andere Möglichkeit zum Erzeugen der beiden Domänentypen ist im Anspruch 2 gekennzeichnet. Dabei wird aus einer Quelle der Vorrichtung eine Domäne eines einheitlichen Typs zugeführt. Bei Änderung der Information brauchen im letzteren Falle keine neuen Domänen aus einer Quelle zugeführt und keine in der Vorrichtung vorhandenen Domänen abgeführt zu werden.

Für den Transport der Domänen ist auf der Schicht gewöhnlich eine Domänenfortbewegungsstruktur vorhanden. Es ergeben sich nun verschiedene Möglichkeilen. So kann die Domänenleitungsstruktur nach der Erfindung und die Domänenfortbewegungsstruktur auf verschiedenen Seiten der Schicht oder auf derselben Seite der Schicht angebracht sein. Auch kann die Domänenleitungsstruktur nach der Erfindung und die Domäncnforlbewegungsstruktur miteinander kombi-

M) niert sein.

Ausführungsbcispiclc der Erfindung werden nachstehend an I land der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

F ig. I, 2 und 3 magnetische Blaseridomänenvorrichlungen. die mit Dnmäncnicitungsstrukturen zum Auf-

hi rechtcrhalten von Domänen verschiedener Größe und mit jeweils einer anderen Domäncnfortbewcgungsstmktiir versehen sind.

Fig. 4a. 4b. 3a und 3b magnetische Blascndomäncn-

Vorrichtungen, die mit Domänenleitungsstrukturen zum Aufrechterhalten von Domänen verschiedener Größe und mit Leiterbahnen zur Änderung der Größe der Domänen versehen sind, und

Fig.6 eine magnetische Blasendomänenvorrichtung, die mit einer Domänenleitungsstruktur zum Aufrechterhalten von Domänen verschiedener Größe und mit einer Anordnung zum Unterscheiden dieser Domänen versehen ist.

In Fig. 1 ist ein Teil einer Platte 1 aus einem magnetischen Blasendomänenwerkstoff dargestellt. Auf der Platte 1 sind zwei Streifen 2 und 3 aus einer weichmagnetischen Legierung mit etwa 80% Ni, Rest Fe vorhanden, von denen der Streifen 2 breiter als der Streifen 3 ist. Diese Streifen bilden die Domänenleitungsstruktur. Auf der anderen Oberfläche der Platte 1 befindet sich eine T-I-Struktur 4, ebenfalls aus der weichmagnetischen Legierung, die gestrichelt angedeutet ist. Mit Hilfe eines in der Ebene der Platte 1 rotierenden Magnetfeldes (das von tiner nicht dargestellten Vorrichtung erzeugt wird) ist eine magnetische Domäne 5 entlang der Domänenfortbewegungsstruktur 4 verschiebbar. Die Domäne 5 wird von einem bestimmten Magnetfeld H senkrecht zu der Ebene der Platte aufrechterhalten, und zwar in Zusammenarbeit mit dem Streifen 2. Das Magnetfeld H hält in Zusammenarbeit mit den Streifen 2 und 3 Domänen mit größeren Abmessungen als die Domäne 5, wie die dargestellte Domäne 6, aufrecht. Die Domäne 6 ist ebenfalls mit Hilfe des in der Ebene der Platte 1 rotierenden Magnetfeldes entlang der Struktur 4 verschiebbar. Im dargestellten Beispiel ist der Bit-Abstand 7 gleich 4Λ, wobei R der Radius der kleinen Domäne 5 ist. Beispielsweise besteht die Platte 1 aus SmojY2.7Fej3Ga1.2O12 und hat eine Dicke von 4,4 μπι. Die Sättigungsmagnetisation bei Zimmertemperatur beträgt 9 · 10-⁴T. Die Dicke der weichmagnetischen Streifen 2 und 3 beträgt 0,2 μιτι, und die der Domänenfortbewegungsstruktur 4 beträgt 0,4 μηι. Die Breite des Streifens 2 ist 8 μτη, und die des Streifens 3 ist 2,5 μιη. Der Abstand zwischen den Streifen 2 und 3 beträgt 1,5 μηι. Der Bit-Abstand 7 ist 16 μπι. Die Größe des Feldes H zum Aufrechterhalten der Domänen beträgt 1830 A/m und die des rotierenden Magnetfeldes 2000 A/m.

In Fig. 2 ist ein Teil einer Platte 11 aus einem magnetischen Blasendomänenwerkstoff dargestellt. Auf der Platte 11 sind drei Streifen 12, 13 und 14 aus weichmagnetischem Werkstoff angebracht, von denen der Streifen 12 breiter als die Streifen 13 und 14 ist. Die Streifen 12. 13 und 14 bilden die Domänenleitungsstruktur. Auf der anderen Oberfläche der Platte 11 ist eine Fischgrätenstruktur 15, ebenfalls aus weichmagnetischem Werkstoff angebracht, die gestrichelt angedeutet ist. Mit Hilfe eines senkrecht zu der Platte 11 variierenden Magnetfeldes, das von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugt wird, ist eine magnetische Domäne 16 entlang der Struktur 15 verschiebbar. Die Domäne 16 wird von dem Magnetfeld senkrecht zu der Ebene der Platte aufrechterhalten, und zwar in fen Zusammenarbeit mit dem Streifen 12. Das Magnetfeld senkrecht zu der Ebene der Platte hält in Zusammenarbeit mit dem Streifen 12, 13 und 14 Domänen mit größeren Abmessungen als die Domäne 16, wie die dargestellte Domäne 17, aufrecht. Die Domäne 17 ist M ebenfalls mit Hilfe de* variierenden Magnetfeldes entlang der Struktur 15 verschiebbar.

In F-'i g. 3 ist ein Teil einer Platte 21 aus magnetischem Blasendomänenwerkstoff dargestellt. Auf der Platte 21 liegen zwei Streifen 22 und 23 aus weichmagnetischetn Werkstoff, von denen der Streifen 22 eine größere Breite als der Streifen 23 aufweist. Diese Streifen bilden die Domänenleitungsstruktur. Darauf ist ein Streifen 24 aus Gold mit einer Zickzackform vorhanden. An der Stelle der ansteigenden und abfallenden Zweige des Streifens 24 ist der breite Streifen 22 mit Vorsprüngen 25 versehen. Mit Hilfe eines elektrischen Stroms durch den Streifen 24 ist eine magnetische Domäne 26 entSang des Streifens 22 verschiebbar. Die Vorsprünge 25 bilden eine Asymmetrie, die zur Bestimmung der Fortbewegungsrichtung erforderlich ist. Die Domäne 26 wird von einem bestimmten Magnetfeld H senkrecht zu der Ebene der Platte aufrechterhalten, und zwar in Zusammenarbeit mit dem Streifen 22. Das Magnetfeld H hält in Zusammenarbeit mit den Streifen 22 und 23 Domänen mit größeren Abmessungen als die Domäne 26, wie die dargestellte Domäne ?7, aufrecht. Die Domäne 27 ist ebenfalls mit Hilfe dines elektrischen Stromes durch den Streifen 24 verschiebbar.

Fig.4a zeigt einen Teil einer Platte 31 aus magnetischem Blasendomänenwerkstoff. Auf der Platte

31 befinden sich zwei Streifen 32 und 33 aus weichniagnetischem Werkstoff, von denen der Streifen

32 breiter als der Streifen 33 ist. Diese Streifen bilden die Domänenleitungsstruktur. Darauf ist ein im Bereich der Streifen 32 und 33 U-förmiger Goldstreifen 34 angebracht. Weiter ist auf einer der Oberflächen der Platte eine nicht dargestellte Domänenfortbewegungsstruktur vorhanden. Auf dem Streifen 32 ist innerhalb des Streifens 34 in der Platte 31 eine kreisförmige magnetische Domäne 35 vorhanden, die von einem bestimmten Magnetfeld H senkrecht zu der Ebene der Platte aufrechterhalten wird. Wird nun durch den Streifen 34 ein elektrischer Stromimpuls hindurchgeleitet, der eine derartige Polarität aufweist, daß das von dem Strom erzeugte Magnetfeld innerhalb des U-iörmigen Streifens 34 eine der des äußeren Feldes H entgegengesetzte Richtung (und also die gleiche Ricntung wie die Magnetisierung der Domäne 35) aufweist, so wird die Domäne größer und erhält eine langgestreckte Gestalt im Bereich der Streifen 32 und 33, wie in F i g. 4b mit 36 bezeichnet i^rt. Die übrigen Bezeichnungen sind denen in Fig.4a gleich. Diese Domäne 36 wird von demselben Magnetfeld H aufrechterhalten. In dem vorliegenden Beispiel befindet sich die Domänenleitungsstruktur (Streifen 32 und 33) und der Streifen 34 auf derselben Oberfläche der Platte 31. Es ist auch möglich, daß sich diese Strukturen auf verschiedenen Oberflächen der Platte befinden, !n einem Beispiel besteht die Platte 31 aus S:Ti(uV2yFe3.8GauOi2 und hat eine Dicke von 4.4 μηι. Die Dicke der weichmagnetischen Streifen 32 und 33 beträgt 0,2 μιη und die des Goldstreifens 34 0,3 μπι. Die Breite des Streifens 32 ist 8 μπι und die des Streifens 33 2,5 μηι. Der Abstand zwischen den Streifen 32 und 33 beträgt 1,5 μηι. Die Breite des Sireifens 34 ist 2 μπι und der Abstand zwischen den beiden Schenkeln des U ist 8 μπι. Die Größe des Felde.¹) H zum Aufrechterhalten der Domänen beträgt 1830 A/m. Der Radius der Domäne 35 ist 4 μπι. Wird durch den Streifen 34 während I μsec ein Strom von 12 mA hindurchgeleiiet. so geht die Dom.-ne 35 in die Domäne 36 mit Abmessungen von 12 μιη χ 8 μπι über.

In Fig. 5a ist ein Teil einer Platte 41 aus einem magnetischem Blasendomänenwerkstoff gezeigt. Auf der Platte 41 sind zwei Streifen 42 und 43 aus

wcichir.agnctischem Werkstoff vorhanden, von denen der Streifen 42 breiter als der Streifen 43 ist. Darauf ist ein im Bereich des Streifen¹. 43 U-förmigcr Goldstreifen 44 angebracht. Weiter ist auf einer der Oberflächen der Platte eine nicht dargestellte Domäncnfortbewegungsstruktur vorhanden. Im Bereich der Streifen 42 und 43 ist teilweise innerhalb der Schenkel des U-förmigen Streifens 44 in der Platte 41 eine langgestreckte magnetische Domäne 45 vorhanden, die von einem bestimmten Magnetfeld //senkrecht /υ der Ebene der Platte aufrechterhalten wird. Wird nun durch den Streifen 44 ein elektrischer Stromimpuls hindurchgeleitet, der eine derartige Polarität aufweist, daß das von dem Strom erzeugte Magnetfeld innerhalb des U-förmigen Streifens 44 gleich dem äußeren KeId // gerichtet (und also der Magnetisation der Domäne 45 entgegengesetzt gerichtet) ist. so wird die Domäne kleiner und erhält eine kreisförmige Gestalt im Bereich des Streifens 42. wie in F i g. 5b mit 46 bezeichnet ist. Die übrigen Bezeichnungen entsprechen denen in F i g. 5a. Diese Domäne 46 wird von demselben Magnetfeld H aufrechterhalten. In einem Beispiel besteht die Platte 41 aus Smn iY.i-Fcj»Gau0i2 und hat eine Dicke von 4.4 μηι. Die Dicke der Streifen 42 und 43 beträgt 0.2 um und die des Goidstreifens 44 0.3 μπι. Die Breite des Streifens 42 ist 8 um und die des Streifens 43 2,5 um. Der Abstand zwischen den Streifen 42 und 43 beträgt 1.5 μηι. Die Breite des Streifens 44 ist 2 μίτι. und der Streifen 44 befindet sich somit teilweise auf dem Streifen 43. Der Abstand zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Streifens ist 8 μιη. Die Größe des Feldes H zum Aufrechterhalten der Domänen beträgt 1830 A/m. Die Abmessungen der Domäne 45 sind 12 jim χ 8 μιτι. Wird durch den Streifen 44 während I μsec ein Strom von 12 mA hindurchgeleitet, so geht die Domäne 45 in die kreisförmige Domäne 46 mit einem Radius von 4 μπι über.

Fig. 6 zeigt einen Teil einer Platte 51 aus magnetischem Blasendomäncnwcrkstoff. Auf der Platte 51 liegen zwei Streifen 52 und 53 ais wcichmagnciischem Werkstoff, von denen 52 breiter als 53 ist. F.in bestimmtes Magnetfeld // senkrecht zu der Ebene der ι Platte hält in Zusammenarbeit mit dem Streifen 52 Domänen mit einer Größe der Domäne 54 aufrecht, während es in Zusammenarbeit mit den Streifen 52 und 53 Domänen mit der Größe der Domäne 55 aufrechterhält. Die Domänen werden mit Hilfe einer

κι nicht dargestellten Domänenfortbewegungsstruktur entlang des Streifens 52 bzw. entlang der Streifen 52 und 53 fortbewegt. Auf der Platte 51 ist parallel zu den Streifen 52 und 53 auf der Seite des schmalen Streifens 53 ein im Vergleich zu den Streifen 52 und 53 sehr dünner Streifen 56 aus weichmagnetischem Werkstoff angebracht, der an den Enden mit auf der Platte 51 vorhandenen Streifen 57 und 58 aus GuId verbunden ist, die sich teilweise unter dem Streifen 56 befinden. Die Streifen 56, 57 und 58 bilden einen Teil der Mittel zum Detektieren der Domänen, von denen die übrigen Teile nicht dargestellt sind. Passiert eine Domäne mit der Gestalt der Domäne 55, so wird in der Detektionsvorrichtung ein Signal induziert. Passiert eine Domäne mit der Gestalt der Domäne 54, so wird nahezu kein Signal

2Ί in der Detektionsvorrichtung indu/.ierl. Auf diese Weise ist es möglich, eine 0 von einer 1 zu unterscheiden. In einem Beispiel besteht die Platte 51 aus Smn.j'iSjFeiaGaijOu und hat eine Dicke von 4.4 μιη. Die Dicke der Streifen 52 und 53 beträgt 0.2 μιτι, die des Streifens 56 0,04 μηι und die der Goidütreifen 57 und 58 0.3 μιη. Die Breite des Streifens 52 ist 8 μηι und die des Streifens 53 ist 2,5 μην Der Abstand zwischen den Streifen 52 und 53 beträgt 1,5 (im. Die; Abmessung des Streifens 56 in der zu den Streifen 52 und 53 parallelen Richtung ist 12 μηι. Die Breite des Streifens 56 ist 3 μίτι. Die Breite der Streifen 57 und 58 ist 2 |im. Der Abstand zwischen den Streifen 56 und 53 ist I μηι.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Magnetische Blasendomänenvorrichtung mit einer Schicht aus einem magnetischen Blasendomänenwerkstoff, dessen Vorzugsrichtung im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Schicht gerichtet ist, in der magnetische Blasendomänen mindestens zwei unterschiedlicher Größen aufrechterhalten und fortbewegt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Schicht in der Fortbewegungsrichtung der Blasendomänen eine Domänenleitungsstruktur aus mindestens zwei parallelen Streifen aus einem weichmagnetischen Werkstoff angeordnet ist und daß die Domänen unterschiedlicher Größe sich über unterschiedliche Anzahlen von Streifen erstrecken.

2. Magnetische Blasendomänenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schicht elektrische Leiterbahnen zum Umwandeln von Domänen der einen Größe in die andere Größe vorgesehen sind.