DE2452856C3 - Informationsspeicher zur Speicherung einer großen Zahl einzelner BHs in Je einem Speicherplatz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Informationsspeicher zur Speicherung einer großen Zahl einzelner Bits in Form von Dipolausrichtungen in je einem Speicherplatz, insbesondere für Rechenanlagen, mit zugehöriger Schreibvorrichtung.

Solche Informationsspeicher werden vor allem für Rechenanlagen benötigt, in denen große Informationsmengen mit möglichst geringer Zugriffszeit gespeichert werden müssen. Bisher bekannte Speicher dieser Art sind Magnetkernspeicher, die in diskreten Magnetkernen, welche in einer Matrix elektrischer Leitungen angeordnet sind, einzelne Bits speichern. Die Speicherdichte solcher Magnetkernspeicher ist jedoch gering.
Außerdem müssen solche Kernspeicher weitgehend in Handarbeit hergestellt werden, was sie sehr teuer macht. Weitere bekannte Speicherarten sind Magnetbandspeicher und Magnetplattenspeicher. Alle diese bekannten Speichersysteme haben den Nachteil großen Platzbedarfes und hoher Kosten. Außerdem können sie immer nur mit entweder großer Speicherkapazität oder kleiner Ziugriffszeit gebaut werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen unkomplizierten Speicher der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei schneller Bcschreib-

barkeit sehr hohe Informationsdichten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst. daß der Speicher .ius einem Körper eines nichtmagnetischen bzw. nichtferro- bzw. nichtferrielektrischcn Matrixmaterials besteht, in dem in dreidimensionaler Verteilung im wesentlichen nicht miteinander gekoppelte fei ro- oder ferrimagnetische bzw. ferro- oder ferrielek'trische Teilchen eingebettet sind, und daß die Schreibvorrichtung aus einem Magnet^reld- bzw. Elektrofeldgenerator und einer oder mehreren an verschiedenen Orten an den Speicherkörper gekoppelten Ultraschallimpulsquellen besteht, die abhängig von einer Ze'ttsteuervorrichtung Impulse derartiger Energie erzeugen, daß die Koerzitivkraft der Teilchen nur in dem Volumenelement, in dem sich die Impulse aller Quellen überlagern, unter den Wert des angelegten Feldes sinkt.

Der lirfindungsgemäße Speicher weist in einer neutralen Matrix Teilchen auf, die magnetisch oder elektrisch so schwach gekoppelt sind, daß ihre Polarisierungsrichtungen unabhängig voneinander eingestellt werden können. Das Problem des Zugriffs zu sehr kleinen Volumtnelementen in diesem Speicher wird durch Ausnutzung der Spannungsabhängigkeit der Koerzitivkraft der eingebetteten Teilchen gelöst. Die Koerzitivkraft hängt, außer von der Kristallanisotropie und der Formanisotropie ir wesentlichem Maße noch von der Kristallspannung ab, die durch elastische Wellen, also durch Schallwellen, erhöh: werden kann. Durch ciie Einwirkung von Ultraschallwellen kann daher die Koerzitivkraft verringert werden

Die Schreibvorrichtung des erfindungsgemäßen Speichers eräugt an verschiedenen Orten des Speicherkörpers Ultraschallimpulse, die einzelnen von so geringer

Energie sind, daß sie die Koerzitivkraft nur unwesentich beeinflussen Nur in dem Volumenelement, in dem fleh die Ultraschallimpulse überlagern, wird die Koerzitivkraft so weit abgesenkt, dall die in diesem v'olumenelement befindlichen Teilchen ihre Polarisierungsrichtung in Richtung eines angelegten äußeren Feldes neu einstellen können. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen Volumenelemente getrennt vom übrigen Volumen des Speicherkörpers als separate Speicherplätze beliebig polarisieren. Die Größe der Volumenelemente hängt von der Impulslänge ab, so daß sich mit sehr kurzen Ultraschallimpulsen sehr kleine diskrete Volumeneiemente umpolarisieren lassen.

Durch geeignete Zeitsteuerung der Schallimpulse lassen sich die Volumenelemente, bzw. Speicherplätze, in denen sich die Impulse jeweils überschneiden, geeignet auswählen. Je nach Bedarf können in dem Speicherkörper diskrete Volumendemente bzw. Speicherplätze in ein-, zwei- bzw. dreidimensionaler Anordnung beschrieben werden. Bei Speicherung in einer eindimensionalen Anordnung von Speicherplätzen kommt die Schreibvorrichtung unter Umständen mit nur einer Schallimpulsquelle aus. die dann Schallimpulse einer solchen Größe erzeugen muß. die allein ausreichen, um die Absenkung der Koerzitivkraft auf den gewünschten Wert hervorzurufen.

Es wird somit ein Informationsspeicher geschaffen, der eine sehr hohe Speicherdichte zuläßt. Außerdem werden die Ansteuerprobleme erheblich vereiniacht, da die einzelnen Speicherplätze nicht durch eine komplexe separate Verdrahtung der einzelnen Speicherplätze, sondern durch die geeignete Zeitsteuerung nur weniger Ultraschallimpulsquellen angesteuert werden. Die Zugriffszeit ist nur von der Schallgeschwindigkeit abhängig und daher sehr klein.

Mit der vorliegenden Erfindung können diskrete Volumeneiemente des erfindungsgemäßen Speicherkörpers beeinflußt werden. Die auf diese Weise mit beispielsweise dreidimensionalen Mustern oder Informationsverteilungen beladenen Körper können zu den verschiedensten Zwecken verwendet werden. Der Anwendungsbereich Hegt überall dort, wo eine selektive Kontrolle physikalischer Eigenschaften, wie magnetischer, mechanischer, elektrischer, thermischer oder optischer Eigenschaften innerhalb diskreter Volumenelemente eines Festkörpers gewünscht wird.

Das Auslesen der gespeicherten Information kann auf verschiedene Weise erfolgeu. Die magnetische Orientierung ferromagnetischer Teilchen kann beispielsweise optisch bestimmt werden, wozu der Kerr- und Faraday-Effekt geeignet sind. Besonders für die Methode geeignet wären magnetisierbare Teilchen aus Bariumferrit oder BiMn-Teilchen, bei denen dieser Effekt besonders stark ist. Das Lesen des Speichers kann beispielsweise auch durch Hindurchstrahlen von Elektronen oder Neutronen erfolgen, die von den Permanentfeldern der polarisierten Teilchen beeinflußt werden. Auf diese Weise kann die Strahlung gebeugt, absorbiert oder in ihrer Polarisationsrichtung verändert werden.

Bei einem Speicher mit zugehöriger Schreib- und L.esevorrichtung, beispielsweise für Rechenanlagen, wird die Lesevorrichtung in Weiterbildung der F.riindung vorteilhaft so ausgebildet, daß sie einen Detektor aufweist, der die Feldstärkesprünge des magnetischer. bzw. elektrischen Feldes nachweist, die bei einer dem Schreibvorgang entsprechenden Umorientierung der Dipolausrichtung der Teilchen eines Volumenelementes auftreten. Bei der Überlagerung der Schallimpulse im jeweils betroffenen, als Speicherplatz dienenden Volumenelement tritt je nach Polarisierungsrichtung der in diesem Volumenelement gelegenen Teilchen entweder eine Umpolarisierung auf oder bei schon zuvor in Feldrichtung liegender Polarisierungsrichtung ergibt sich keine Polarisierungsänderung. Ein geeigneter Felddetektor, z. B. in Form einer Sensorspule (bei einem Magnetfeld) oder in Form von mit einem Meßinstrument verbundenen Kondensatorplauen (bei einem elektrischen Feld) weist den bei einer Umpolarisierung auftretenden Feldstärkesprung nach. Auf diese Weise kann getrennt für jedes Volumenelement festgestellt werden, welche Polarisierungsrichtung und damit welche Information in diesem vorliegt. Hierbei wird zur Erzeugung der Schallimpulse und des anzulegenden Feldes vorteilhaft die bereits vorhandene Schreibvorrichtung benutzt.

Vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Speicher dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibvorrichtung für eine n-dimensionale Anordnung von Speicherplätzen η Schallimpulsquellen und einen von der Zeitstei.ervorrichtung abhängigen Feldimpulsgenerator aufweist. In einem dreidimensionalen Körper erzeugt jede Schallimpulsquelle eine sich von der Quelle ausbreitende Impulsfront. Zwei solcher Fronten schneiden sich auf einer Linie, und drei solche Fronten, die von an verschiedenen Stellen angeordneten Quellen ausgehen, schneiden sich in einem Punkt, der sich mit dem Fortschreiter: der Impulsfronten auf einer Linie durch den Körper bewegt. Wird das Feld von einem ebenfalls von der die Schallimpulse steuernden Zeitsteuervorrichlung zu einem bestimmten Zeitpunkt impulsförmig eingeschaltet, so wird nur ein Volumenelemeni. dessen Lage von der Zeitsteuerung der drei Schaliimpulsquellen und des Feldimpulsgenerators abhängt, in Feldrichtung polarisiert. Entsprechend kann, wie soeben tür eine dreidimensionale Anordnung von Speicherplätzen geschildert, dieses Schreibverfahren auch auf zweidimensionale oder eindimensionale Anordnungen von Speicherplätzen angewendet werden. Die Schreibvorrichtung benötigt im eindimensionalen Fall nur einen Schallimpulsgenerator und einen Feldimpulsgenerator. Der Schallimpulsgenerator erzeugt dann einen Schallimpuls, der linear durch den Speicherkörper läuft. Der bestimmte, zu schreibende Speicherplatz wird dann durch die zeitliche Zuordnung des Fcldimpulses festgelegt.

Gemäß einer anderen Ausführuogsform wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Schreibvorrichtung für eine n-dimensionale Anordnung von Speicherplätzen n+\ Schallimpulsquellen aufweist. Bei dieser Ausführungsform kann mit einem dauernd angelegten Gleichfeld gearbeitet werden, da sich (im dreidimensionalen Fall) vier Schallimpulsfronten in nur einem Volumenelement überlagern. Die Energien der vier Einzelimpulse sind wiederum so niedrig, daß sie nur bei Überlagerung aller vier Impulse die Koerzitivkraft der Teilchen so weit erniedrigen, daß diese von der angelegten Feldstärke in Fcldrichtiing polarisiert werden. Im ein-Ivw. zwcidimensionalen F all sind bei dieser Au*führungsfotm entsprechend zwei bzw. drei .Schallimpuls quellen vorzusehen.

Weiterhin vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Speicher dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkörper rechteckig ist und daß die Schallimpulsquellen ar orthogonalen Körperflächen angeordnet sind. Durch die orthogonale Anordnung der Schallquellen lasser

sich die Ansteuerprobleme übersichtlicher und damit einfacher gestalten. Drei Schallquellen können an orthogonalen Körperflächen liegen, während eine vierte Schallquelle einer der drei anderen gegenüberliegend anzuordnen ist.

Weiterhin vorteilhaft ist der erfindungsgeniäßc Speicher dadurch gekennzeichnet, daß die Schallimpulsquellen als Platten ausgebildet und flach auf den ebenen Körperflächen des Speichers befestigt sind, wobei ihre Grundfläche im wesentlichen der jeweiligen Körperfläche und ihre Dicke der gewünschten Schallimpulsbreite entspricht. Durch die Ausbildung der Schallquellen als parallel zu den Körperflächen ausgebildete Schallwandler werden orthogonal zu den erzeugenden Körperflächen parallel durch den Körper laufende, ebene Impulsfronten erzeugt. Bei einem Speicherkörper laufen die Schnittpunkte dreier orthogonaler Impulsfronten auf einer Körperdiagonalen, deren Lage im Körper durch unterschiedliche Zeitpunkte der Impulserzeugung wählbar ist. Eine vierte Schallimpulsquelle erzeugt eine Impulsfront, die parallel zu der von der gegenüberliegenden Impulsquelle erzeugten Front liegt und mit dieser bei Berührung ganzflächig zur Deckung kommt. Die Ansteuerprobleme werden auf diese Weise weiter verringert.

Bei einem erfindungsgemäßen magnetischen Speicher wird das Magnetfeld vorteilhaft dadurch erzeugt, daß der Magnetfeldgenerator aus einer um den Körper gelegten, von einem Impuls- bzw. Gleichstromgenerator errregbaren Spule besteht.

Bei einem erfindungsgemäßen ferro- bzw. ferrielektrischen Speicher wird das Feld vorteilhaft dadurch erzeugt, daß der Elektrofeldgenerator aus zwei von einem Impuls- bzw. Gleichspannungsgenerator aufladbaren Kondensatorplatten besteht, zwischen denen der Körper angeordnet ist.

Ein erfindungsgemäßes ferro- oder fcrrielektrisches Speichersystem ist vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, daß als Matrixmaterial ein halbleitendes Material vorgesehen ist. Bei einer solchen Anordnung wird das in geeigneter Weise halbleitend ausgebildete Matrixmaterial im Bereich bzw. in der Umgebung des polarisierten Volumenelementes durch die sich aus der Polarisierung der Teilchen in dem Volumenelement ergebende elektrische Feldstärke in seinem Leitungsverhalten beeinflußt. Bei geeigneten Polarisierungsrichtungen können p- bzw. η-leitende Bereiche bzw. nichtleitende Bereiche geschaffen werden, so daß im Speicherkörper Transistoren. Dioden bzw. Widerstände in geeigneter räumlicher Ausbildung und mit sehr hoher Dichte geschaffen werden können.

Weiterhin vorteilhaft ist ein Speicher mit Lesevorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Lesevorrichtung aus mindestens einer Strahlenquelle und mindestens einem Strahlendetektor besteht, wobei der Speicherkörper im Strahlengang angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Information im Speicher mit Hilfe von Elektronenstrahlen. Neutronenstrahlen, Licht u. dgl. gelesen werden. Die Beeinflussung der Strahlen durch die Dipolmomente der polarisierbaren Teilchen ergibt mit dem Faraday-, Kerr-Effekt und anderen Beugungs-, Absorptions- oder ähnlichen Effekten eine Beeinflussung des Strahles, die im Detektor nachgewiesen werde:· kann.

An Hand der Figuren ist die Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen magnetischen Speicherkörpers mit zugehöriger Schreib- und Lesevorrichtung,

F i g. 2 eine vergrößertes Volumenelement des Speicherkörpers gemäß Fig. 1,

F i g. 3 bis 5 verschiedene schematische Darstellungen der Ausbreitung von ebenen Schallimpulsfrontcn im Speicherkörper,

Fig.6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Speichers mit zugehöriger Schreib- und Lesevorrichtung.

ίο In Fig. 1 ist ein magnetischer Speicher zur Informationsspeicherung in einer dreidimensionalen Anordnung von Speicherplätzen dargestellt. Der kubische Speicherkörper 10 hat die Kantenlänge D. Fig. 2 zeigt ein typisches, aus dein Inneren des Speicherkörpers 10 beliebig ausgewähltes Volumenelement mit der Kantenlänge L Die Ausschnittsvergrößerung von F i g. 2 gegenüber F i g. 1 ist sehr groß (L< < D), so daß in der Darstellung in Fig. 2 die Einkristallbereiche des Körpers erkennbar sind. Wie aus dieser Figur ersichtlich, besteht der Körper aus einem in der F i g. 2 durch kleine Kreise dargestellten, nicht polarisierbaren Material und aus einem mit kleinen Pfeilen dargestellten polarisierbaren Material. Das polarisierbare Material isi in Form von Einschlüssen, Ausscheidungen. Zonen Atomgruppen od. dgl. in dem umgebenden, nicht polarisierbaren Material eingebettet. Die polarisierbaren Einschlüsse sind dabei so im Körper verteilt, daß sie sich gegenseitig nur schwach beeinflussen bzw. nur schwach gekoppelt sind, so daß die Polarisierungsrichlung in einem Bereich unabhängig von den übrigen Bereichen gewählt werden kann.

Als Material für einen solchen magnetischen Speicher kann beispielsweise eine Legierung aus Kupfer und Nickel im Verhältnis 60:40 gewählt werden. Bei geeigneter Bearbeitung bilden sich Atomgruppen von Nickelatomen in einer unmagnetischen Kupfermatrix Diese Ausscheidungsatomgruppen sind im Körper in definierter kristallographischer Anordnung ausgerichtet, und zwar in Richtung niedriger magnetischer Kristallanisotropie. Andere Beispiele von geeigneten Materialien für den Speicherkörper 10 sind beispielsweise Eisenoxyd- oder Chomoxydpulver in Kunststoffbasismaterial, also Zusammensetzungen, wie sie z. B. für Magnetbänder benutzt werden. In diesem Falle sollten die Eisenteilchen so klein wie möglich sein(z. B. 10"⁵crr Durchmesser) und etwa 10% des Gesamtvolumens de; Körpers 10 einnehmen.

Die Schreibvorrichtung des Speichers gemäß F i g. 1 weist Vorrichtungen zur Erzeugung von Ultraschallim pulsen, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Magnet feldimpulsen und eine Zeitsteuerungsvorrichtung auf Drei plattenförmige ebene Ultraschallimpulsqiiellen 12 14 und 16 sind in gleicher Größe wie die Körperflächer des Speicherkörpers 10 ausgebildet und auf dre orthogonalen Körperflächen aufgeklebt oder aul ähnliche Weise unter Vermeidung störender Spalte befestigt. Sie sind durch Erregungsieitungen mit einet Zeitschalt- bzw. Adressiervorrichtung 18 verbunden, die von einem Impulsgenerator 20 erzeugte Impulse ir geeigneter Zeitgabe an die einzelnen Uuraschallimpuls quellen 12,14 oder 16 anlegt.

Eine um den Speicherkörper 10 gewickelte Magnet spule 22, in der Figur nur mit einer Windung angedeutet ist mit einer Stromquelle 24 über einen Schalter 2( verbunden, der über die gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung 28 mit der Zeitschalt- bzv/. Adres steigvorrichtung 18 verbunden ist. Somit können mit dei Magnetspule 22 konstante magnetische Felder bzw. be

Steuerung des Schalters 26 durch die Zcilschaltvorrichtung 18 Magneifeldimpulse in dem innerhalb der Magnetspule 22 angeordneten Speicherkörper 10 erzeugt werden. Um den Spcicherkörper 10 ist außerdem als Lösevorrichtung eine Sensorspule 30 s gewickelt, die in der Figur ebenfalls nur mit einfacher Windung dargestellt ist. Die Sensorspule ist an ein Spannungsmeßgerät 32 angeschlossen, das etwaige in der Sensorspule auftretende Induktionsstöße anzeigt.

Nun sei zunächst der Schreibvorgang in der Ausführungsform des Speichers gemäß F i g. 1 beschrieben. Ganz allgemein gilt, daß die Orientierung magnetischer Teilchen, d. h. deren Dipolausrichtung geändert werden kann, wenn ein Magnetfeld Hangelegt wird, das größer ist als die Koerzitivkraft bzw. Kocrzitivfeldstärke H₁ der Teilchen. Diese Koerzitivkraft kann durch mechanische Spannungen beeinflußt werden. Im Falle magnetisch kohärenter Rotation von Eindomänenteilchen ändert eine Spannung 0 die Koerzitivkraft um H, = 3λο/Μ,. wobei λ die Magnetostriktion und JW, die Sättigungsmagnctisicrung ist.

Die drei Schallimpulsquellen 12, 14 und 16 gemäß F i g. 1 sind als Platten mit der Dicke L ausgebildet. Bei Erregung mit einem elektrischen Impuls erzeugen diese Platten einen Schallimpuls der Breite L der sich als ebene, zur erzeugenden Platte parallele Front mit Ausbreitungsrichtung senkrecht zu dieser Platte durch den Speicherkcrper mit der Schallgeschwindigkeit im Material des Körpers bewegt.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Körper. An den orthogonalen Körperflächen sind die Ultraschallimpulsquellen 12 und 14 angeordnet. Im dargestellten Falle haben beide Impulsqucllen zu unterschiedlichen Zeiten einen Impuls abgegeben. Eine Impulsfront 34 der Dicke /. bewegt sich in Pfeilrichtung von der Impulsquelle 12 ausgehend durch den Körper. Eine Impulsfront 36 bewegt sich in Pfeilrichtung von der Impulsquelle 14 herkommend. Der Schnittpunkt dieser Impulsironten bewegt sich durch den gestrichelt dargestellten Schnittbereich 38. dessen Lage im Körper durch die Zeitpunkte festgelegt ist. zu denen die Impulsironten 34 und 36 erzeugt wurden. Eine in F i g. 3 nicht dargestellte, senkrecht zu den Impulsfronten 34 und 36 laufende dritte Impulsfront stammt von der dritten Schallimpulsquelle 16. Der Schnittpunkt dieser dritten Impulsfront 4s mit dem Schnittbereich 38 'icgt auf einer Linie bzw. einem Kanal, dessen Lage im Speicherkörper 10 durch die Erzeugungszeitpunkte aller drei Impulse gegeben ist.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt überlagern sich so daher alle drei Schallimpulse in einem Volumenelement der Kantenlänge L wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Alle in diesem Volumenelement liegenden magnetisierbaren Teilchen sind folglich einer Schallenergie E=Ei+ £2+£3 ausgesetzt, wobei Ei. Ej und Ej die 5< Schallimpulsenergien der in den Schallimpulsquellen 12, 14 und 16 erzeugten Ultraschallimpulse sind.

Die Schallimpulsenergien Ei. Ej und Ej müssen einzeln so klein sein, daß nur ihre Summe E= Ei + Ej + £3. die im Schnittpunkt aller drei Impulsfronten auftritt, die («> Koerzitivkraft H₁ der magneiisierbaren Teilchen unter die angelegte Feldstärke H absenkt. In allen anderen Fällen, d. h. wenn nur die Schallimpulsenergie eines oder zweier Impulse einwirkt, darf die Koerzitivkraft nur geringfügig auf einen Wert abgesenkt werden, der auf '·< jeden Fall größer ist als die angelegte Feldstärke // Dies ist jedoch bei Verwendung dreier sicr· jeweils in nur einem Punkt überlagernder Impulse gut erreichbar.

da. wenn alle Impulsenergien gleich groß sind, ein ausreichend großer Störabstand von 3 : 2 besteht.

Da durch drei Schallimpulse, wie oben erwähnt, nur ein sich durch den Speicherkörper bewegender Schnittpunkt festgelegt wird, muß die genaue Lage des zu schreibenden Volumenelernentes durch einen weiteren Adressierparameter festgelegt werden. Hierzu wird mittels des Schalters 26 in der Magnetspule 22 ein kurzer Magnetfeldimpuls erzeugt, durch den nur dasjenige Volumenelement in Richtung des Magnetfeldes polarisiert wird, in dem sich zum Zeitpunkt des Magnetfeldimpulses gerade alle drei Schallimpulsfronten schneiden.

Eine weitere Ausführungsform der Schreibvorrichtung ist in den Fig.4 und 5 dargestellt. Sie weist gegenüber der Ausführungsform der F i g. 1 und 3 eine weitere Ultraschallimpulsquelle 14' auf, die der Schallimpulsquelle 14 gegenüberliegend und parallel zu dieser angeordnet ist. Eine von ihr ausgehende Schallimpulsfront 36' kommt, wie dies F i g. 5 zeigt, zu einem bestimmten Zeitpunkt ganzflächig mit der Schallimpulsfront 36, die von der Schallimpulsquelle 14 ausgeht, zur Deckung. Im Schnittpunkt mit der Schallimpulsfront 34, die von der Schallimpulsquelle 12 ausgeht, und mit der nicht dargestellten vierten Schallimpulsfront, die von der Schallimpulsquelle 16 ausgeht, überlagern sich die Energien aller vier Schallimpulse.

Im Gegensatz zur Ausführungsform der Fig. 1 und i findet jedoch die Überlagerung dieser vier Schalhmpulse nur in einem einzigen Volumcnclcmeni statt, dessen Lage durch die Zeitpunkte der Impulserzeugung für die vier Impulse gegeben ist. Bei dieser Ausführungsform kann der Schalter 26 weggelassen werden, da man in diesem !'alle mit einem konstanten Magnetfeld auskommt. Das Magnetfeld kann, da sich in diesem Falle die v'er Impulse nur in einem Zeitpunkt überlagern, dauernd angelegt bleiben.

Die Schreibvorrichtung kann also im Falle eines Körpers, in dem einzelne Volumenelemente in dreidimensionaler Anordnung als Speicherplätze benutzt werden sollen, entweder mit drei Ultraschallimpulsquellen und einem gepulsten Magnetfeld oder mit vier Schallimpulsquellen und konstantem Magnetfeld ausgeführt sein. Die Auswahl des bestimmten zu schreibenden Volumenelementes ergibt sich im dreidimensionalen Falle also immer durch das Zusammenwirken von vier zeitlich durch die Zeitsteuervorrichtung 18 genau festgelegten Adressierparametern.

In nicht dargestellten weiteren Ausführungsformen können jedoch auch mehr als drei bzw. mehr als vier Schallimpulsquellen verwendet werden, falls dies aus hier nicht erwähnten Gründen notwendig sein sollte.

Es können in anderen Ausführungsformen aucr beispielsweise plattenförmige Speicherkörper verwen det werden, in denen zweidimensional Informations muster gespeichert werden, oder stabförmige Speicher körper, in denen Speicherplätze in eindimensionale! Anordnung beschrieben werden können. Dabei ergib sich wieder die Möglichkeit, eins der beiden oben fü den dreidimensionalen Fall geschilderten Schreibver fahren anzuwenden. Bei einer n-dimensionalen Anord nung von Speicherplätzen müssen dann entwede mindestens n-Schallimpulsquellen und ein gepulste Magnetfeld oder mindestens n+1 Schallimpulsquelle] und ein konstantes Magnetfeld verwendet werden.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Lescvorrichtunf bestehend aus der Sensorspule 33 und dem Meßgerät 3 können die einzelnen Speicherplätze des Speicherkör

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pers 10 wie folgt gelesen werden:

Mit der Schreibvorrichtung wird entsprechend dem Schreibvorgang ein bestimmtes zu lesendes Volumenelement angesteuert bzw. adressiert. Bei der dadurch hervorgerufenen Einwirkung eines Magnetfeldes und von drei bzw. vier Schallimpulsen (je nach verwendeter Lesevorrichtung) auf das zu lesende Volumenelement wird je nach im Volumenelement vorliegender Dipolorientierung entweder eine Neuorientierung durch Umklappen der Dipole in die Richtung des angelegten Feldes hervorgerufen oder es findet kein Umklappen statt, wenn die Dipole bereits in Feldrichtung liegen. Im ersten Falle zeigt das Meßinstrument 32 einen Spannungsstoß an, der durch Induktion des Magnetisierungssprunges des Volumenelementes in der Sensorspule 30 hervorgerufen wird. Im zweiten Falle zeigt das Meßinstrument nichts an.

Auf jeden Fall kann eine eindeutige Aussage über die im gelesenen Volumenelement vorliegende Dipolausrichtung getroffen werden. Durch Zuordnung der Meßwerte am Meßgerät 32 zu den Adressierdaten, die der Zeitschalt- bzw. Adressiervorrichtung 18 eingegeben werden, kann für jedes diskrete Volumenelement des Speicherkörpers 10 die darin enthaltene Information bestimmt werden.

Die Lesevorrichtung kann als Sensorspule auch die Magnetspule 22 benutzen. In diesem Falle muß keine getrennte Sensorspule 30 verwendet werden. Es sind dann jedoch Vorrichtungen zum Auskoppeln des nachzuweisenden Signals aus der Magnetspule 22 erforderlich.

Bei dem beschriebenen Lesevorgang wird die im Speicherkörper 10 stehende Information vernichtet, da beim Lesevorgang alle gelesenen Volumenelemente in dieselbe Feldrichtung umpolarisiert werden. Dieses Problem der Informationsvernichtung beim Lesen kann dadurch gelöst werden, daß beim Lesen gleichzeitig ein zweiter Speicherkörper mit der gelesenen Information geschrieben wird. Auf diese Weise kann der erste Speicherkörper gelesen werden, während der /weite Speicherkörper mit der gelesenen Information geschrieben wird. Die ursprünglich im ersten Speicherkörper vorhandene Information steht nun im zweiten Speicherkörper und bleibt somit erhalten. Die Zeitsteuerung wird bei diesem Prozeß für beide Speicherkörper synchronisiert, so daß jeweils in beiden Speicherkörpern gleichzeitig dasselbe Volumenelement gelesen bzw. geschrieben wird.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in F i g. 6 dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen elektrischen Speicher, bei dem elektrische polarisierbare Teilchen in einer neutralen Matrix verwendet werden. Der in Fig. 6 dargestellte Speicherkörper 40 ist rechteckig und besteht aus einem elektrisch neutralen Matrixmaterial, in dem elektrisch polarisierbare Teilchc-n eingebettet sind. Beispielsweise kann der Körper aus einer Silikonmatrix mit eingebetteten Ba-Titanatteilchen bestehen. Der Anteil des Ba-Titanats liegt in der Größenordnung von 5 bis 10%. Außer ferroelektrischen Materialien, wie z. B. Ba-Titanat können auch ferrielek'rische Materialien als Material für die polarisierbaren Teilchen verwendet werden.

Für die Koerzitivkraft der elektrisch polarisierbaren Materialien gilt das oben für die magnetisch polarisierbaren Materialien Gesagte. Auch im elektrischen Falle ist die Koerzitivkraft von der Kristallspannung abhängig und somit durch Ultraschallimpulse beeinflußbar.

Der .Speicherkörper 40 gcmälj F i g. 6 besitzt daher eini der F i g. 1 entsprechende Anordnung von Ultraschall quellen 42. Unterschiedlich ist hierbei nur die Erzeugunj des anzulegenden elektrischen Feldes, die in diesen

s Ft.lle mit Kondensatorpkutcn 44 und 46 erfolgt, welch« auf gegenüberliegenden Seilen des Körpers angeordne sind. Die Kondensatorplatten 44 und 46 sind mit einen Galvanometer 48 und einer Spannungsquelle 5( verbunden. Je nach dem verwendeten Schreibverfahren

ίο für das die oben für den magnetischen Speichel gemachten Vjsführungen entsprechend gelten, sine wiederum drei Ultraschallquellen und ein gepulste; elektrisches Feld bzw. vier Ultraschallquellen und eir konstantes elektrisches Feld erforderlich. Die Span-

ι s nungsquelle 50 muß entsprechend als Gleichspannungsquelle bzw. als Spannungsimpulsgenerator ausgebildet sein.

Als Lesevorrichtung dienen in diesem Falle die Kondensatorplatten 44 bzw. 46 in Verbindung mit dem Galvanometer 48. Es können jedoch als Fclddetektor der Lesevorrichtung auch getrennt angeordnete Kondensalorplatten verwendet werden. Auch für den Lesevorgang gilt entsprechend das oben für den magnetischen Fall Gesagte.

Ebenso wie auch der magnetische Speicher gemäß den F1 g. 1 bis 5 kann der elektrische Speicher nicht nur als Speicher für Rechenmaschinen, sondern auch für andere Zwecke benutzt werden, in denen eine gezielte örtliche Beeinflussung physikalischer Größen des Speicherkörpers erforderlich ist. Zweidimensionale Anordnungen von Speicherplatzen können beispielsweise zur Bildspeicherung benutzt werden. Die räumlichen Ladungs- bzw. Magnetisierungsunterschiede können zur Beeinflussung von Elcktronensi.rahlen, Nc jtronenstrahlen und dgl. verwendet werden.

Line wichtige spezielle Ausführungsform des elektrischen Speicherkörpers besitzt als Matrixmaterial halbleitendes Material, das in seinen halbleitenden Eigenschaften durch die eingebetteten, elektrisch polansierbaren Teilchen beeinflußt werden kann. Eine solche Ausführungsform der Erfindung ist in Fig.6 angedeutet. Der .Speicherkörper 4ü is! bei 52 und 54 mit elektrischen Leitern kontaktiert. die mit einer Spannungsquelie 56 und einem Meßgerät 58 verbunden sind. Es können beliebig viele Leiter auf beliebigen Flächen des Speicherkörpers 40 angeordnet werden, die mit einer Vielzahl von Spannungsquclien und Meßgeräten bzw. mit elektronischen Schaltungen verbunden sind. Durch gezielte Beeinflussung der halbleitenden Eigenschäften des Matrixmaterials des Speicherkörpers lassen sich in diesem bei geeigneter Polarisierung der Volumenelemente Transistoren, Dioden sowie Widerstände in beliebiger Anordnung ausbilden die von der externen Kontaktierung 52, 54 abgreifbar sind. Die Kontaktierung kann entweder auf freien Körperflächen oder zwischen einer Ultraschallquelle und der darunterliegenden Körperfläche vorgenommen sein.

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispie-Ie besitzen jeweils nur eine Richtung des angelegten p, ^s-.^{wobei durcn} Umkehrung der Feldrichtung eine Kolansierungsrichtung der polarisierbaren Teilchen in zwei entgegengesetzten Richtungen möglich ist. In weiteren nicht dargestel'ten Ausführungsformen können magnetische bzw. elektrische Speicherkörper mit ^schreib·· bzw. Lesevorrichtungen versehen sein, die mehrere unterschiedliche, im Winkel zueinander ausge-"^{chlele Po|}arisierungsrichtungen benutzen. Dadurch laut sich die Informationsdichte wesentlich erhöhen, da

ein em/eliies, als Speicherplatz dienendes Volumenelement mehl nur in zwei Richtungen, sondern nunmehr in 2 V Richtungen polansierbar ist, falls die Schreib und Lesevorrichtung N Polarisicrungsachsen \er\senciei. Die /aiii der verschiedenen /ustiiiule eines Volumenelementes und damit auch die Inloniiationsdichtc ties gesamten Speichers erhöht sich .Hildas ,V-fache.

Die vorliegende Lrhndiing .clullt einen Inlormationsspeieher sehr großer Speicherkapazität. Die Informalionsdichie hängt nur von der Dicke /. der Schallimpulsironten ab. da diese die Abmessungen in I·'i g. 2 dargestellten, getrennt \om übrigen Ki>f| volumen polarisier,jaren Volunienelenientes bestiiv Hei /. -■ IO ⁴ cm einem Wert, der sich mit der bekaiir I Iti'asehallteehnik ohne ·\ eueres erreichen lal.U. beti das \Olunieii eine¹· einzelnen Speieherplai I ■= /.x /. .· /. -= 1(1 -'cm¹, in einem Speicherkoi inn einer Kantenlaiige I)- I cm sind also
Informationen speiche-bar.

Hierzu 2 HhUt /.eichinmeen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Informationsspeicher zur Speicherung einer großen Zahl einzelner Bits in Form von Dipolausrichtungen in je einem Speicherplatz, insbesondere für Rechenanlagen, mit zugehöriger Schreibvorrichtung, dadurcH gekennzeichnet, daß der Speicher aus einem Körper (10, 40) eines nichtmagnetischen bzw. nichtferro- bzw. nichtferrielekirischen Matrixmaterials besteht, in dem in dreidimensionaler Verteilung im wesentlichen nicht miteinander gekoppelte ferro- oder ferrimagnetische bzw. ferro- oder ferrielektrische Teilchen eingebettet sind, und daß die Schreibvorrichtung aus einem Magnetfeldgenerator (22, 24) bzw. Eiektrofeldgenerator (50, 44, 46) und einer oder mehreren an verschiedenen Orten an den Speicherkörper gekoppelten Ultraschallimpulsquellen (12, 14, 16; 42) besteht, die abhängig von einer Zeitsteuervorrichtung (18) Impulse derartiger Energie erzeugen, daß die Koerzitivkraft der Teilchen nur in dem Volumenelement, in dem sich die Impulse aller Quellen überlagern, unter den Wert des angelegten Feldes sinkt.

2. Speicher nach Anspruch 1 mit zugehöriger Schreib- und Lesevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Lesevorrichtung einen Detektor (30; 44, 46) aufweist, der die Feldstärkesprünge des magnetischen bzw. elektrischen Feldes nachweist, die bei einer dem Schre.Dv^rgang entsprechenden Umorientierung der Dipolausrichtung der Teilchen eines Vnlumenelements auftreten.

3. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schreibvorrichtung für eine n-dimensionale Anordnung von Speicherplätzen η Schaüimpulsquellen und einen von der Zeitsteuer vorrichtung abhängigen Feldimpulsgenerator (26) aufweist.

4. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibvorrichtung für ci.ie n-dimensionale Anordnung von Speicherplätzen n+ 1 Schallimpulsquellen aufweist.

5. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkörper (10,40) rechteckig ist und daß die Schallimpulsquellen (12,14,16; 42) an orthogonalen Körperflächen angeordnet sind.

6. Speicher nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schallimpulsquellen (12, 14, 16: 42) als Platten ausgebildet und flach auf den ebenen Körperflächen des Speichers (10, 40) befestigt sind, wobei ihre Grundfläche im wesentlichen der jeweiligen Körperfläche und ihre Dicke der gewünschten Schallimpuisbreite ^entspricht.

7. Magnetischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldgenerator aus einer um den Körper (10) gelegten, von einem Impuls- bzw. Gleichstromgenerator (24, 26) erregbaren Spule (22) besteht.

8. Ferro- bzw. ferrielektrischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrofeldgenerator aus zwei von einem Impulsbzw. Gleichspannungsgenerator (50) aufladbaren Kondensatorplatten (44,46) besteht, zwischen denen der Körper (40) angeordnet ist.

9. Ferro- oder ferrielektrischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrixmaterial ein halbleitendes Material vorgese

hen ist.

10. Speicher nach Anspruch 1 mit Lesevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Lesevorrichtung aus mindestens einer Strahlenquelle und mindestens einem Strahlendetektor besteht, wobei der Speicherkörper im Strahlengang angeordnet ist.