DE2457162A1 - Magnetische schaltung fuer magnetische zylindrische einzelwanddomaenen - Google Patents

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 972 097

Magnetische Schaltung für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen

Die Erfindung betrifft eine magnetische Schaltung auf einer Magnetschicht zur Weiterleitung hierin enthaltener magnetischer zylindrischer Einzelwanddomäneri unter Einfluß eines sich in der Ebene der Magnetschicht drehenden magnetischen Weiterlei tungsf eldvektors , wobei die Struktur der magnetischen Schaltung aus einem lückenlosen weichmagnetischen Streifenmuster besteht. . '

Magnetische Schaltungen dieser Art werden bevorzugt, die direkt oder über eine dünne Isolierschicht auf einer aus Granat oder Orthoferrit bestehenden Magnetschicht aufgebracht sind. Diese weichmagnetischen Streifen, die insbesondere aus Permalloy bestehen, dienen auf der Magnetschicht zur Flußkonzentration des Magnetfeldes auf Grund des sich in der Schichtebene drehenden magnetischen Weiterleitungsfeldvektors. Infolge dieser Flußkonzentration entstehen Pole an den jeweiligen Enden derjenigen weichmagnetischen Streifen, die jeweils mit dem Feldvektor ausgerichtet sind, wobei dann diese Pole je nach iho:er Polarität die magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen anziehen oder abstoßen, so 'daß eine gesteuerte Bewegung der magnetischen Einzelwanddomänen in der Magnetschicht möglich ist.

Die üblicherweise in Gebrauch befindlichen weichmagnetischen Streifenmuster bestehen aus T-förmigen in Kombination mit I-för-

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migen weichmagnetischen Streifen aus Y-förmigen in Kombination j mit I-förmigen weichmagnetischen Streifen, aus Y-förmigen in Kombination mit Y-förmigen weichmagnetischen Streifen und aus winkelförmigen weichmagnetischen Streifen, die jeweils in Abständen zueinander auf der.Magnetschicht angeordnet sind, um so einen kontinuierlichen Fluß magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen längs dieser Streifenstrukturen unter Einwirken eines entsprechenden Weiterleitungsmagnetfeldes zu gewährleisten.

Obgleich nun mit diesen bekannten magnetischen Schaltungen eine zuverlässige Betriebsweise zu erzielen ist, weisen sie jedoch entscheidende Nachteile auf. Zunächst muß der Durchmesser der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen wesentlich größer sein und typischerweise zweimal so groß sein als die Abstandsabmessung zwischen zwei auseinanderfolgenden weichmagnetischen Strukturen, um die Weiterleitung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen sicherzustellen. Damit wird jedoch die Speicherdichte wesentlich herabgesetzt, die sich an sich bei gegebener Linienbreite erzielen ließe, da unerwünschte magnetische Wechselwirkung zwischen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen erfordert, daß auftretende, magnetische, zylindrische Einzelwanddomänen mindestens um einen Abstand entfernt gehalten werden, der größer ist, als es dem Produkt k x. D entspricht, worin D der Durchmesser der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne und k einen anordnungsempfindlichen Parameter darstellt, der in typischer Weise etwa vier beträgt. Hinzu kommt, daß die übertragung einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne über eine solche Abstandslücke hinweg eine momentane Unstabilität dieser Domäne zur Folge hat, so daß zu diesem Zeitpunkt infolge von Störeinflüssen die Wahrscheinlichkeit zur Zerstörung, Aufspaltung oder Weiterwanderung in ungewollter Bewegungsrichtung relativ groß ist, und hierdurch die Betriebszuverlässigkeit der vorgesehenen Anordnung beeinträchtigt ist. Schließlich bedingt die zulässige Toleranz für die Abstände zwischen den einzelnen weichmagnetischen Strukturen, daß die Herstellung entsprechender Permalloymuster relativ aufwendig ist.

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Aus diesem Grunde sind bereits mehrere lückenlose Magnetschaltungen vorgeschlagen worden, wie sie in den USA-Patentschriften 3 516 077, 3 518 643 und 3 644 908 veröffentlicht sind. Aber auch diese magnetischen Schaltungsstrukturen zeigen eine Anzahl von Nachteilen, wie sie sich z.B. aus geringer Packungsdichte und der Verschiebemöglichkeit magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen nur in einer Bewegungsrichtung ergeben.

Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein lückenloses magnetisches Schaltungsmuster bereit zu stellen, das für Bereitstellung hoher Speicherdichten geeignet ist, wobei außerdem die magnetische Schaltung nur auf einer Seite der Magnetschicht angeordnet sein soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens eine Reihe hintereinander folgender H-sEörmiger weichmagnetischer Strukturen mit ihren Enden jeweils genau gegenüberliegend und mit zwischen den Enden jeweils benachbarter H-förmiger Strukturen angeordneten zusätzlichen Querstegen, die nicht in die H-öffnungen hineinragen, im lückenlosen weichmagnetischen Muster angeordnet sind, wobei die Querstege in ihrer Dicke geringer sind als die Dicke der H-förmigen Strukturen.

Gegenüber den bekannten Ausführungen ist diese Struktur zur Bereitstellung magnetischer Speichervorrichtungen mit äußerst hohen Packungsdichten geeignet. Der Platzbedarf ist hierbei für ein .

Speicherelement durch die Beziehung 8 χ W gegeben, worin W die minimale Linienbreite eines weichmagnetischen Streifenelementes ist. Der Domänendurchmesser beträgt zum Vergleich etwa W/2.

In vorteilhafter Weiterbildung ist vorgesehen, daß das Dickenverhältnis von H-förmigen Strukturen zu Querstegen 2:1 beträgt. Bei Drehung des Weiterleitungsfeldvektors in der Ebene der Magnetschicht werden die relativ dünnen Querstege und die Streifen der H-förmigen Strukturen nacheinander magnetisch polarisiert, um so magnetische zylindrische Einzelwanddomänen längs der Schaltung

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fortzubewegen. Da die Streifen der H-förmigen Strukturen dicker sind als die Querstege, ist dementsprechend auch die jeweilige Polstärke der Η-Stege größer als die Polstärke der Querstege, so daß hierdurch die gesteuerte Bewegung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen längs der magnetischen Schaltung erleichtert bzw. unterstützt wird. Auf diese Weise läßt sich erheblich die Betriebszuverlässigkeit einer magnetischen Schaltung verbessern, ohne den Herste1lungsaufwand wesentlich zu erhöhen.

Es lassen sich auch andere Weiterlextungsstrukturen verwenden als weichmagnetische Materialien. So können z.B. auch ionenimplantierte oder diffundierte Zonen in der Magnetschicht oder auch abgeätzte Bereiche entsprechend Nuten in der Magnetschicht Verwendung finden. Um die verschiedenen Dickeneffekte bei Anwendung von Ionenimplantation oder Diffusionsverfahren zu erreichen, muß dann das magnetische Domänenmaterial, d.h. also die Magnetschicht verschiedenen Diffusionstiefen oder Ionenimplantationstiefen ausgesetzt werden. So lassen sich z.B. Fremdatome bzw. Verunreinigungen in die Magnetschicht bis zu ersten und zweiten Eindringtiefen entsprechend des jeweils gewollten Musters einbringen. In analoger Weise kann verfahren werden, wenn Ätzverfahren zum Herbeiführen unterschiedlicher Dicken der Magnetschicht Anwendung finden sollen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Ausführungsbeispielsbeschreibung anhand der unten aufgeführten Zeichnungen und aus den Patentansprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine ausschnittsweise Draufsicht auf eine

Weiterleitungsstruktur für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen gemäß der Erfindung

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' Fig. 2 eine ausschnittsweise Querschnittsdarstellung

; längs der Linie 2-2 der Fig. 1

Fig. 3 einen ausschnittsweisen Querschnitt längs der

j Linie 3-3 der Fig. 1

j Fig. 4 einen ausschnittsweisen Querschnitt längs der

\ Linie 4-4 der Fig. 1

! Fig. 5 ein Vektordiagramm des sich in der Weiterlei-

! tungsebene der magnetischen zylindrischen Ein-

! zelwanddomänen drehenden magnetischen Feldes,

wobei die Bezeichnungen denen in Fig. 1 entsprechen.

In der Darstellung nach Fig. 1 sind drei H-förmige 'Weiterleitungsstrukturen 10, 12 und 14, die in Bezug auf die Horizontale um 90° gedreht sind, in einer ersten Zeilenanordnung vorgesehen, wobei die Enden jeweils einander zugerichtet sind. Eine zweite Zeilenanordnung von H-förmigen Weiterleitungsstrukturen 16, 18 und 20 befindet sich in gleicher Anordnung parallel hierzu auf einer Weiterleitungsmagnetschicht 22, die aus Orthoferrit, Granat oder einer anderen geeigneten Substanz besteht. Die benachbarten Enden der H-förmigen Strukturen in einer Zeile sind miteinander und mit benachbarten Enden der H-förmigen Strukturen in der anderen Zeile über querverlaufende Stege bzw. Streifen 24, 26, und 30 verbunden. Die H-förmigen Strukturen und Stege bestehen aus weichmagnetischem Material wie. z.B. Permalloy. Außerdem haben diese Stege 24, 26, 28 und 30 angenähert die halbe Dicke wie die H-förmigen Strukturen. So beträgt z.B. die Dicke der H-förmigen Strukturen angenähert 2000 S. Zusätzliche Streifen 32 bis 46 sind vorgesehen, um die verbleibenden Arme der H-förmigen Strukturen in jeder Zeile mit benachbarten H-förmigen Strukturen hier nicht gezeigter Zeilen zu verbinden. Die Anzahl der Zeilen H-förmiger Strukturen und die Länge jeder Zeile der H-förmigen Strukturen kann beliebig, d.h. je nach Bedarf vorgesehen sein.

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Für die Zwecke vorliegender Beschreibung und des leichteren Verständnisses sei angenommen, daß die Ebene des Zeichenblattes gleichzeitig die obere Oberfläche des magnetischen Einzelwanddomänenmaterials, also der Magnetschicht darstellt und daß weiterhin ein Magnetfeld ausreichender Stärke auf diese Magnetschicht einwirkt, um magnetische zylindrische Einzelwanddomänen hierin zu unterhalten; hierzu ist dieses Magnetfeld senkrecht zur Papierflächenoberfläche zu denken, wobei die Richtung derart ist, daß die oberen Enden der hier nicht gezeigten magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen eine negative Polarität besitzen. Die aus Permalloy bestehende Weiterleitungsstruktur kann dabei direkt auf der Magnetschicht oder auf einer dünnen Isolierschicht hierauf angebracht sein.

Gemäß einer für den vorliegenden Fall getroffenen Festlegung sind die kursiven Bezugszeichen 1 bis 4 an verschiedenen Stellen längs der Weiterleitungsstruktur der Fig. 1 angebracht, um anzuzeigen, daß das Auftreten eines positiven Pols, wenn sich der Weiterleitungsfeldvektor in Fig. 5 im Uhrzeigersinn dreht, in aufeinanderfolgender Weise bei gleich nummerierten Winkellagen in verschiedenen Positionen erfolgt. Hierbei kann eine Anzahl von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen gleichzeitig durch die anziehenden positiven Pole längs des kontinuierlichen Pfades 1, 2, 3, 4, 1, 2... wie in Fig. 1 angedeutet, weiterbewegt werden. Jedoch' für die Zwecke der Erläuterung soll lediglich die Bewegung einer einzigen magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne näher erläutert werden.

Wird angenommen, daß der Startpunkt der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne am Ende 48 des Steges 30 liegt, wobei der Weiterleitungsfeldvektor die Lage 1 in Fig. 5 einnimmt, dann entsteht ein positiver Pol am Ende 48 des Steges 30, wie durch Nummer 1 angezeigt, so daß die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in dieser Position gehalten wird. Sowie sich der Weiterleitungsfeldvektor in die Position 2 dreht, entsteht am rechten Ende der H-förmigen Struktur ein positiver Pol und da die

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) H-förmige Struktur 14 zweimal so dick ist wie der Steg 30, ergibt ! sich ein starker positiver Pol, der die magnetische zylindrische j Einzelwanddomäne von der Position 1 in die Position 2 bewegt. Soj wie-sich der Weiterleitungsfeldvektor zur Position 3 in Fig." 5 j dreht, wird der Quersteg der H-förmigen Struktur 14 magnetisiert, wobei ein positiver Pol an Position 3 auftritt, so daß die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne von Position 2 in Position 3 verschoben wird. In gleicher Weise gilt für die Drehung des Weiterleitungsfeldvektors in die Lage 4 in Fig. 5, daß ein positiver Pol in Position 4 entsteht, so daß die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne hierbei von der Position 3 in die Position 4 übertragen wird. Sowie der Weiterleitungsfeldvektor in die Winkellage 1 zurückkehrt, wird der Steg 28 magnetisiert, wobei ein positiver Pol in Position 1 besteht. Dies hat zur Folge, daß sich die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne in die PoI^ position 1 auf dem Steg 28 bewegt. Bei weiterer Drehung des Weiterleitungsfeldvektors in die Lage 2 steht ein positiver Pol in Position 2 auf der H-förmigen Struktur 12 und ein negativer Pol wird in Position 4 auf der H-förmigen Struktur 14 erzeugt, so daß hierdurch die übertragung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne auf die Position 2 der H-förmigen Struktur 12 erfolgt.

Die magnetische zylindrische Einzelwanddomäne setzt bei Weiterdrehung des Weiterleitungsfeldvektors seinen Weg in geradliniger Weise nach links fort, wie in Fig.l angedeutet, bis sie schließlich die Position 1 auf dem Endsteg 24 erreicht. Um die Umkehr-■wirkung in der Bewegungsrichtung für magnetische zylindrische Einzelwanddomänen an den Enden der Strukturzeilen zu unterstützen, sind die Umkehrstege 5o, 52, 54, 56 , 58 und 60 senkrecht zu den Stegen 32, 24, 40, 38, 30, 46 vorgesehen. So dient der Umkehrsteg 52,der senkrecht zum Steg 24 angeordnet ist, zur Erzeugung eines positiven Pols 2 in der Mitte des Stegs 24, wenn sich der FeIdvektor in der Winkellage 2 befindet. Hiermit wird also die Bewegung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen um die Ecke des Weiterleitungspfades unterstützt. Sowie "sich der Weiterlei-

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tungsfeldvektor in die Winkellage 3 dreht, erhält die entgegen-

j gesetzte Seite des Steges 24 einen positiven Pol 3, so daß die j magnetische zylindrische Einzelwanddomäne von der Position 2 zur ■ Position 3 auf Steg 24 verschoben wird. Eine fortgesetzte Drehung j

des Feldvektors bewegt dann die magnetische zylindrische Einzel- i wanddomäne in gerader Linie, wie oben, nach rechts und schließ- ! lieh in die Position 3 des Stegs 30. Der Umkehrsteg 58 steht j senkrecht auf Steg 30 und dient zur Unterstützung der Wanderung j der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne längs des Steges 30. Mit anderen Worten, ein positiver Pol'4 entsteht im Element 30, wenn sich der Weiterleitungsfeldvektor in der Winkellage 4 [ befindet. Eine fortgesetzte Drehung des Feldvektors hat dann die j übertragung der magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne zur | Position 1 auf Steg 3O in einem weiteren Operationszyklus zur j Folge, so daß hierdurch ein geschlossener Pfad zur Weiterleitung ! magnetischer zylindrischer Einzelwänddomäneri bereitgestellt ist. Die Umkehr des Weiterleitungsfeldvektors vom, wie in Fig. 5 angezeigt, Uhrzeigersinn zum Gegenuhrzeigersinn, hat die Umkehrung j der Bewegungsrichtung der magnetischen Einzelwanddomänen längs des angezeigten Pfades in Fig. 1 zur Folge.

Die Umkehrstege' 50, 52... 60 besitzen etwa die gleiche Dicke wie die Stege 24, 26... 46 und können jeweils mit den sie berührenden Stegen aus einem Stück bestehen. So läßt sich z.B. ein einziger Niederschlagsverfahrensschritt (Maskenverfahren) anwenden, um an den Enden der Weiterleitungspfade die T-förmigen Streifen, bestehend aus den Stegen 24, 52 und den Stegen 30 und 58 aufzutragen .

Die praktische Anwendung der hier gezeigten Weiterleitungsstruktur bzw. magnetischen Schaltung kann in "'üblicher Weise erfolgen, wobei das Auftreten einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne eine binäre 1 und das Fehlen einer magnetischen zylindrischen Einzelwanddomäne eine binäre 0 bedeutet. Eine Abfühlung könnte durch magnetoresistive Abfühlmittel erfolgen oder durch andere an sich bekannte Mittel. Die oben beschriebenen Schleifen

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können als Unterschleifen in einem Massenspeicher Anwendung .finden, wobei dann Kontroileitungen vorgesehen sind, um ausreichende Feldgradienten zur Entnahme ausgewählter magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen aus den Unterschleifen zu ihren angeschlossenen Hauptschleifen und umgekehrt zu erzeugen.

Die erfindungsgemäße Weiterleitungsstruktur bzw. magnetische Schaltung könnte sich auch als eine abstandslose T-I-förmige Streifenstruktur verstehen lassen, wobei dann die Querstege der H-förmigen Elemente jeweils als gemeinsame Stege für einander gegenüberliegende T-förmige Streifen gelten. Die I-förmigen EIejmente bestehen dann aus den vertikalen Stegen 24, 26, 28, 30, 32..., 46. Doch sei darauf hingewiesen, daß eine abstandslose T-I-förmige Struktur keine gute Wirkungsweise zeigt, da sich an den Stellen, wo benachbarte T-förmige Streifen längs einer Zeile I an die dazwischenliegenden I-förmigeri Streifen stoßen, zu schwache j Polstellen bilden. Um die Wirkungsweise zu verbessern, muß daher j die Dicke der I-förmigen Streifen unterschiedlich zur Dicke der T-förmigen Streifen gewählt sein.

Werden Ionenimplantations- oder Diffusionsverfahren angewendet, um diese magnetische Schaltungsanordnung zu erstellen, dann muß I dafür Sorge getragen werden, daß das magnetische zylindrische Einzelwanddomänenmaterial jeweils mit unterschiedlichen Tiefen beaufschlagt werden muß, je nachdem ob die H-förmigen Strukturelemente oder die Stege 24, 26,...., 46 darzustellen sind. Entsprechendes gilt, wenn die Dicke des magnetischen Materials 22 örtlich verschieden ausgebildet werden soll, um diese Weiterleitungsstruktur bzw. magnetische Schaltung bereitzustellen; auch hier wiederum ist die Ätztiefe für die H-förmigen Elemente verschieden von der Ätztiefe der Stege 24, 26..., 46.

Jedenfalls zeigt die erfindungsgemäße Anordnung eine auf einer Seite einer Magnetschicht angebrachte abstandslose Weiterleitungsstruktur bzw. magnetische Schaltung, die zur übertragung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen dient. Diese magnetische

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Schaltung läßt sich zur Speicherung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen unter hoher Speicherdichte verwenden, wobei ein Speicherelement eines solchen Speichers einen Platzbedarf von 2W. χ 4W beansprucht, worin W die minimale Linienbreite der Strukturelemente in jeweiligem Speicherelement darstellt und wobei der magnetische zylindrische Einzelwanddomänendurchmesser nominal etwa W/2 beträgt.

Um eine zufriedenstellende Betriebsweise in einer solchen abstandslosen magnetischen Schaltungsstruktur zu gewährleisten, müssen unterschiedliche Dicken bzw. Tiefen für die einzelnen Strukturelemente vorgesehen sein, um. die jeweilige Bildung anziehender Pole längs der Schaltung zu begünstigen. Obgleich im vorliegenden Fall eine Dicken- bzw. Tiefenvariation von 2:1 gewählt und gezeigt ist, versteht es sich, daß auch andere Dickenverhältnisse Anwendung finden können, je nachdem welche Betriebsparameter bzw. Betriebsweisen vorzusehen sind.

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Claims (5)

P. A T E. R T A N. .S P. R .Ü. CHE

1.)- Magnetische Schaltung auf einer Magnetschicht zur Weiter-

leitung hierin enthaltener magnetischer zylindrischer

Einzelwanddomänen unter Einfluß eines sich in der Ebene der Magnetschicht drehenden magnetischen- Weiterleitungsfeldvektors, wobei die Struktur der magnetischen Schaltung aus einem lückenlosen weichmagnetischen Streifenmuster besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Reihe hintereinander liegender H-förmiger weichmagnetischer Strukturen (10, 12, 14) mit ihren Enden jeweils genau gegenüberliegend und mit zwischen den Enden jeweils benachbarter H-förmiger Strukturen (10, 12) angeordneten, zusätzlichen Querstegen (26), die nicht in die H-öffnungen

j hineinragen, in lückenlosem wei chmagne ti's chem Muster anl

geordnet sind, wobei die Querstege (26, 28) in ihrer Dicke geringer sind als die Dicke der H-förmigen Strukturen (10, 12, 14) .

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dickenverhältnis von H-förmigen Strukturen (z.B. 10) zu Querstegen (z.B. 26) 2:1 beträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von geschlossenen Schleifen in der magnetischen Schaltung mindestens eine zusätzliche Reihe H-förmiger Strukturen (16, 18, 20) parallel zur erstgenannten Reihe vorgesehen ist, wobei der gegenseitige Abstand etwa einer Streifenbreite entspricht und die Querstege (26, 28) der zuerst genannten Reihe in die Abstandslücken zwischen den H-förmigen Strukturen (16, 18, 20) der zweiten Reihe zur Bildung eines lückenlosen weichmagnetischen Musters hineinragen, daß die H-förmigen Strukturen (10, 12, 14 und 16, 18, 20) an den Enden beider Reihen

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einander gegenüberliegend durch Endquerstege (24, 30) an den benachbarten Beinen der betreffenden H-förmigen Strukturen (10, 16 und 14, 20) überbrückt sind und daß in der Mitte dieser Endquerstege (24, 30) senkrecht hieran anstoßend weichmagnetische Umkehrstege (52, 58) auf der Magnetschicht angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3,. dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Umkehrstege (52, 58) und der Endquerstege (24, 30) mindestens etwa der Dicke der Querstege (26, 28) entspricht.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, dadurch gekenn-' zeichnet, daß die Länge der Endquerstege (24,- 30), Umkehrstege (52, 58), Querstege (26, 28), H-Querstege und der Η-Beine zur Bildung eines jeweiligen Einheitsmagneten bei jeweils entsprechender Winkellage (.1, 2, 3_f 4) des magnetischen Weiterleitungsfeldvektors mindestens etwa gleich ist.

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