DE2616938B2 - Verfahren und anordnung zur steuerbaren erzeugung von wandmagnetisierungszustaenden in magnetischen einzelwanddomaenen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist.

Eine magnetische Einzelwanddomäne stellt einen kleinen Magnetisierungsbereich in einer Speicherschicht dar, wobei die geometrische Form unabhängig von irgendwelchen Grenzen der Magnetschicht ist, innerhalb der sich die betreffende magnetische Einzelwanddomäne führen und weiterbewegen läßt.

Der Begriff magnetische Einzelwanddomänen umfaßt Zylinderdomänen, Streifendomänen und Segmentdomänen, bei denen ein Teil der Wandung durch eine magnetische Diskontinuität in der Speicherschicht

selbst ergänzt wird, so daß als Ergebnis eine Einzelwanddomäne mit Halbkreisquerschnitt vorliegt.

Insoweit als eine magnetische Einzelwanddomäne in einer Magnetspeicherschicht aus sich selbst hinaus definiert ist, ist sie dann auch frei, sich nach allen Richtungen in dieser Magnetspeicherschicht zu bewegen bzw. geführt zu werden. Die Magnetisierung in der Domänenwandung wird allgemein als Blochwandtyp vorausgesetzt, wobei die Magnetisierungsrichtung sowohl in der Ebene der magnetischen Speicherschicht sowie in Richtung der Ebene der Domänenwandung liegt. Da magnetische Einzelwanddomänen sich durch ein angelegtes magnetisches Gradientenfeld weiterbewegen lassen und außerdem sich in der Magnetspeicherschicht erzeugen, speichern und abfühlen lassen, können unter Anwendung entsprechender Techniken Speichereinrichtungen für die Datenverarbeitung bereitgestellt werden.

Im allgemeinen werden bei bekannten Einrichtungen unter Verwendung von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen die darzustellenden Bits durch das Auftreten und/oder Fehlen von magnetischen zylindrischen Einzelwanddomänen zu vorgegebenen Zeiten bzw. an vorgegebenen Plätzen dargestellt. Ein solches Verfahren wird bereits von Anfang an verwendet, da entweder die Nukleation oder die Abspaltung magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen von Mutterdomänen in steuerbarer bzw. gesteuerter Weise zu einer am leichtesten zu verwirklichenden Anordnung dieser Art führt.

Verschiedene M agneteinzelwanddomänen eigenschaften, die für die Informationsspeicherung und die Informationsrückgewinnung zweckmäßig und sogar vorteilhaft sind, haben sich nach und nach auskristallisiert In der DT-OS 23 62 914 werden so z.B. magnetische Einzelwanddomänen verwendet, deren Abmessungen unterschiedlich sind, um unterschiedliche Binärzustände darzustellen. Bei einer weiteren Ausführungsform, die zur Informationsspeicherung vorteilhaft ist, kann die unterschiedliche Drehrichtung oder Chiralität in der Wandmagnetisierung der magnetischen Einzelwanddomäne nutzbringend angewendet werden. Verschiedene Drehrichtungen der Wandmagnetisierung lassen sich dabei zur Binärdarstellung ausnutzen. Eine Anordnung dieser Art ist im »IBM-Technical Disclosure Bulletin«, Band 13, Nr. 10, Seite 3021, März 1971 gezeigt, indem also die unterschiedliche Chiralität in magnetischen Einzelwanddomänen zum Zwecke der Informationsspeicherung ausgenutzt wird.

Bei anderen Arbeiten in Verbindung mit Einrichtungen unter Verwendung von magnetischen Einzelwanddomänen hat sich herausgestellt, daß diese magnetischen Einzelwanddomänen auch noch weitere unterschiedliche Eigenschaften besitzen, die sich zur Unterscheidung einzelner magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen voneinander verwenden lassen. So hat sich herausgestellt, daß magnetische Einzelwanddomänen mit unterschiedlicher Anzahl von vertikalen Linien, genannt Blochlinien, auftreten können, die grob gesagt jeweils als vertikale Verdrehungslinie in der Wandmagnetisierung zu denken sind. Diese Blochlinien trennen gewissermaßen zwei Gebiete innerhalb der Blochwand der magnetischen Einzelwanddomäne mit entgegengesetzten Blochwandmagnetisierungsrichtungen. Es hat sich fernerhin gezeigt, daß die so unterschiedenen Magneteinzelwanddomänen verschiedenen Fortbewegungsrichtungen unter dem Einfluß eines angelegten magnetischen Gradientenfeldes unterliegen.

Dieses Blochlinienphänomen ist ausführlich in der Offenlegungsschrift 24 11 731 beschrieben; außerdem sind die B'.ochlinieneigenschafien in der Zeitschrift »Applied Physics Letters«, Band 21, Nr. 4, 15. August 1972, S. 149 und 150 dargelegt. Hier ist dabei speziell gezeigt, daß bei einer hinreichenden Anzahl vertikaler Blochlinien längs der Domänenwandung einer Einzelwanddomäne unter Einwirkung eines stärkeren Vormagnetisierungsfeldes die Einzelwanddomäne leichter zum ίο Zusammenbruch gebracht werden kann, als wenn eine geringere Anzahl vertikaler Blochlinien vorliegen würde. Zusätzlich sind Abmessungen und Beweglichkeit magnetischer Einzelwanddomänen in Abhängigkeit von der Anzahl vertikaler Blochlinien angegeben. Eine Verwendung dieser unterschiedlichen Typen magnetischer Einzelwanddomänen ist in der DT-OS 24 12 879 gezeigt. Im einzelnen ist dort eine Anordnung beschrieben, bei der die unterschiedlichen Bewegungsrichtungen von magnetischen Einzelwanddomänen in einem magnetischen Gradientenfeld zur Darstellung von Daten Anwendung finden. Hiermit ist also die wichtige Eigenschaft unterschiedlicher Ablenkungswinkel magnetischer zylindrischer Einzelwanddomänen in einem magnetischen Gradientenfeld in Abhängigkeit vom Wandmagnetisierungszustand einer jeweiligen magnetischen Einzelwanddomäne erkannt und aufgezeigt. Der Ablenkungswinkel ist dabei als Funktion der Drehungszahl der Wandmagnetisierung längs der Peripherie einer Domänenwandung dargestellt. Jedoch erfolgt die Einzelwanddomänenerzeugung im wesentlichen wahllos, indem eine Vielzahl von magnetischen Einzelwanddomänen ohne Rücksicht auf ihre jeweiligen Eigenschaften erzeugt wird. Die magnetischen Einzelwanddomänen werden dann aber zunächst entsprechend ihrem jeweiligen Ablenkungswinkel abgefühlt, um sie in einem Datenbitspeicher zu speichern, und zwar je gesondert nach abgefühltem Ablenkungswinkel. Der spezielle Bitspeicher wird aktiviert, um eine Domäne entsprechend dem zu speichernden Datenzustand im Informationsspeichersystem freizugeben. Die unterschiedlichen Einzelwanddomäneneigenschaften sind aber nur zu dem Zeitpunkt bekannt, bei dem eine jeweilige magnetische Einzelwanddomäne unter dem Einfluß eines gemeinsamen Feldgradienten bewegt und dabei abgelenkt wird, wobei sich dann der jeweilige Ablenkungswinkel zeigt. Somit ist die gesteuerte Erzeugung von magnetischen Einzelwanddomänen mit jeweils vorgegebenen unterschiedlichen Eigenschaften bisher nicht angewendet und darüber hinaus auch nicht bekannt.

Die Entdeckung der Blochlinien führte zu einer an anderer Stelle vorgeschlagenen Erfindung, womit eine Anordnung und ein Verfahren zur steuerbaren Erzeugung und Umschaltung der Blochlinien in einer magnetischen Einzelwanddomäne bereitgestellt ist. Hierzu ist ein Magnetfilm in Wechselwirkungskopplung mit einer Einzelwandmagnetdomänenschicht gebracht. Durch Beeinflussen einer in dieser Einzelwandmagnetdomänenschicht vorhandenen Einzelwanddomäne mittels Anlegen oder Nichtanlegen eines unipolaren, in Schichtebene ausgerichteten, magnetischen Feldes an den in Wechselwirkungskopplung stehenden Magnetfilm erhält diese Einzelwandmagnet.domäne in Abhängigkeit davon, ob das in Schichtebene ausgerichtete 1,5 Magnetfeld anliegt oder nicht, den einen oder anderen Wandmagnetisierungszustand von zwei möglichen Wandmagnetisierungszuständen. Die über zwei unterschiedliche Zustände, nämlich den, ob Blochlinien nicht

vorhanden sind, oder den, ob ein Blochlineinpaar auftritt, hinausgehende gesteuerte Erzeugung von magnetischen Einzelwanddomänen, ist dabei aber nicht aufgezeigt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Anordnung bereitzustellen, die zur gesteuerten Erzeugung von magnetischen Einzelwanddomänen, deren Wandmagnetisierungszustände in steuerbarer Anzahl vorliegen, wobei eine vorgegebene Wandmagnetisierungstopologie vorgesehen ist, geeignet ist, indem eine vorgebbare Vielfalt von Zuständen der Blochwände magnetischer Einzelwanddomänen vorliegen kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, wie es im Kennzeichendes Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Die gesteuerte Erzeugung von magnetischen Einzelwanddomänen unter wohl definierter Wandmagnetisierungstopologie ist bei Anwendung der Erfindung gewährleistet. Entweder durch gesteuerte Nukleation unter dem Einfluß eines in der Magnetschicht ausgerichteten Magnetfeldes oder durch Domänenzerteilung unter dem Einfluß von Mitteln, die die Wandmagnetisierung in diskrete Winkellagen drehen, und zwar in eine Richtung, die jeweils quer zur Domänenwandrichtung liegt, ist die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe sichergestellt.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Erzeugung magnetischer Einzelwanddomänen mit wohl definierter und vorgebbarer Wandmagnetisierungstopologie enthält Mittel zur Erzeugung von magnetischen Einzelwanddomänenstreifen. Mittel zur Drehung der Wandmagnetisierung in den so gestreckten Bereichen der Einzelwanddomänen, Mittel zur Lagesteuerung besagter magnetischer Einzelwanddomäne und schließlich Mittel zum Zerteilen einer solchen Streifeneinzelwanddomäne. Die Richtung des Wandmagnetisierungsvektors in der Streifendomäne während der Aufteilungsperiode definiert die Lage des einen Blochlinienpaars bei bekannter Magnetfeldrichtung in einer der aufgespalteten Tochtereinzelwanddomänen. Die Steuerung der sich ergebenden Magnetisierunswandzustände der magnetischen Einzelwanddomänen wird erreicht, indem zunächst die Blochlinien hinsichtlich der Zerteilungsstelle in der Mutterdomäne positioniert und die Winkellage der Wandmagnetisierung im abgespalteten Bereich gesteuert wird.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden Segmentmagneteinzelwanddomänen einheitlicher Chiralität der Wandmagnetisierung durch Nukleation an einer Kante oder Diskontinuität in der Speichermagnetschicht erzeugt. Die Polarität der unipolaren Steuermagnetfeldes über den Nukleationsbereichen steuert dabei die Wandmagnetisierungs-Chiralität. Magneteinzelwanddomänen mit den Wandzuständen 1 bei nicht Vorhandensein von Blochlinien und den Zuständen 0 bei jeweiligem Vorhandensein eines Blochlinienpaars lassen sich durch Abspalten von Einzelwanddomänen von der Segmentdomäne gleichbleibender Chiralität erzeugen. Der Zustand der erzeugten Domäne hängt von der Chiralitätsrichtung der Segmentdomäne, zusammen mit der Richtung der Wandmagnetisierungswinkellage über der Abspaltungsstelle ab.

Die gesteuerte Erzeugung von Magneteinzelwanddomänen mit erhöhter Anzahl von Blochlinien für die Datendarstellung bei Verwendung eines Zahlensystems mit höherer Basis als 2 läßt sich durch Abspalten von Magneteinzelwanddomäncn von einer Mutterdomäne zu N-fachen Zeitpunkten bewirken, wobei die Wandmagnetisierungswinkellage über der Abspaltungsstelle entsprechend gesteuert wird. Die Mutterdomäne mit einer gleichförmigen Wandmagnetisierungschiralität wird aufgeteilt, indem eine Magneteinzelwanddomäne übrigbleibt, die ein Blochlinienpaar besitzt und eine Magneteinzelwanddomäne mit gleichförmiger Wandmagnetisierungschiralität abgesondert wird. Eine Magneteinzelwanddomäne mit zusätzlichen Blochlinien wird weiterhin gesteuert aufgeteilt, wobei die Wandmagnetisierungswinkellage an der Aufteilungsstelle gesteuert ist. Unerwünschte abgespaltene Magneteinzelwanddomänen gleichförmiger Chiralität werden vernichtet oder auf andere Weise auf eine andere Stelle verbracht.

Die Anzahl der Blochlinien in der verbleibenden Tochterdomäne wird bei jedem gesteuerten Abspaltungsprozeß um 2 erhöht. Nach einer Anzahl η von Abspaltungsprozessen kann eine Domäne eine Anzahl η von Blochlinienpaaren annehmen, wobei diese Magneteinzelwanddomäne dann in der Lage ist, ein Datenbit einer Information in einem Zahlensystem darzustellen, das eine beliebig große Basis besitzt. Auf diese Weise läßt sich vorteilhaft durch Steuern der Abspaltungsoperation und der Wandmagnetisierungstopologie, nämlich der Chiralität und der Anzahl und Polarität der Blochlinien der aufzuspaltenden Magneteinzelwanddomäne, jeweils eine Magneteinzelwanddomäne erzeugen, die bekannte WandmagnetÜierungszustände enthält.
Das Verfahren zur steuerbaren Erzeugung von Magneteinzelwanddomänen mit bekannter Wandmagnetisierungstopologie umfaßt die Schritte zur Erzeugung einer Domäne mit bekannter Topologie und Aufspalten dieser Domäne unter dem Einfluß von Mitteln zur Winkellagendrehung der Wandmagnetisierung. Domänen mit höheren Wandmagnetisierungszuständen lassen sich durch Wiederholen der Aufspaltungsverfahrensschritte erzeugen, indem Magneteinzelwanddomänen mit Blochlinien benutzt werden, und die Aufspaltung selbst an einer speziellen Stelle längs der Domänenwandung stattfindet, um gewünschte Wandmagnetisierungszustände zu erhalten.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Die Erfindung wird mit Hilfe einer Ausführungsbeispielsbeschreibung anhand der unten aufgeführten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. la ein Flußdiagramm zur Erzeugung magnetischer Einzelwanddomänen mit Vielfach-Wandmagneti-

sierungszuständen;

Fig. Ib eine schematische Andeutung der Wirkung eines in Schichtebene gerichteten Magnetfeldes und einer Geschwindigkeitskomponente auf die Bandmagnetisierungsrichtung einer Magneteinzelwanddomäne; F i g. 2a und 2b schematische Andeutungen zui Erläuterung der Domänenaufspaltung für die gesteuerte Erzeugung von Wandmagnetisierungszuständen be Magneteinzelwanddomänen;

F i g. 3 den Ausschnitt aus einer Anordnung zui vorteilhaften Anwendung des in Fig. la angedeuteter Verfahrens;

Fig.4 verschiedene Wandzustände, die in Magnet cinzelwanddomäncn zu erhalten sind;
F i g. 5a u. 5b Ausschnitte aus Anordnungen zu

(15 gesteuerten Erzeugung eines Magnetdomänensegment mit vorgebbarer Wandmagnetisierungschiralität;

F i g. 6a u. 6b jeweils drei Schemen zur Andeutung de Verfahrensschritte und der Anordnung zur Erzeugun]

/on Magneteinzelwanddomänen mit steuerbaren Wandmagnetisierungszuständen, ausgehend von einer Segmentdomäne;

F i g. 7 ein Blockdiagramm einer Informationsspeichereinrichtung, wo Magneteinzelwanddomänen mit einer Vielfalt von Wandmagnetisierungszuständen Verwendung finden-,

Fig.8a u. 8b jeweils ein Blockdiagramm und eine symbolische Wiedergabe unterschiedlicher Möglichkeiten zur Anpassung vorliegender Erfindung an eine praktische Verwendung;

Fig.9a u. 9b jeweils ein Blockdiagramm und eine symbolische Andeutung bei Kombination der besonders aufgeführten Elemente in den F i g. 8a und 8b, um Zahlen eines Zahlensystems höherer Basis zu erhalten.

Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung bezieht sich auf die Anordnung zur Erzeugung von Magneteinzelwanddomänen durch Domänenaufspaltung, wobei vorgebbare Eigenschaften in reproduzierbarer Weise vorgesehen werden können, und zwar zur Verwendung in üblichen Magnetdomäneninformationsspeichersystemen; außerdem wird ein Verfahren zur Erzeugung von vorgebbaren und reproduzierbaren Magneteinzelwanddomänen, die vielfache Wandmagnetisierungszustandstopologien aufweisen können, um *₅ eine Zahlenwiedergabe in einem Zahlensystem zu gewährleisten, dessen Basis größer als 2 ist, erläutert. Die erzeugten Magneteinzelwanddomänen lassen sich vorzugsweise in einem Domänenschichtgitter für die Infomationsspeicherung verwenden, wie es der DT-OS 24 41 280 im einzelnen zu entnehmen ist.

Theoretische Grundlagen vorliegender Erfindung können der Veröffentlichung »IEEE Transaction on Magnetics«, Band MAG-9, Nr. 4, Dezember 1973 auf den Seiten 617 bis 621 entnommen werden. Wie hierin ausgeführt, wird bei jeder Domänenabspaltung gleichzeitig ein Blochlinienpaar erzeugt. Alle bei einer Domänenabspaitung erzeugten Blochlinien weisen einen vorgegebenen Drehsinn auf und werden als negative Blochlinien bezeichnet. Entweder erhält dabei eine von den sich ergebenden Domänen beide Blochlinien, oder jede von den sich ergebenden magnetischen Einzelwanddomänen erhält eine von diesen Blochlinien, und zwar in Abhängigkeit vom Abspaltungsmechanismus und der Wandmagnetisierungstopologie der zu spaltenden Einzelwanddomänen. Der erste Vorgang tritt ein, wenn eine Wandmagnetisierungsrichtung in einem Wandsegment antiparallel zur Magnetisierungsrichtung im anderen Wandsegment der gleichen magnetischen Einzelwanddomäne ausgerichtet ist, womit sie durch den Aufspaltungsprozeß rekombiniert werden soll. Der zweite Prozeß tritt ein, wenn die Blochlinien in der Mutterdomäne auf entgegengesetzten Seiten der Abspaltungsstelle liegen.

Gemäß vorliegender Erfindung erhält eine der beiden sich bei Abspaltung ergebenden magnetischen Einzelwanddomänen beide Blochlinien.

Obgleich in der oben zitierten Veröffentlichung einige theoretische Aspekte hierüber abgehandelt sind, sind doch die Resultate der Einzelwanddomänenaufspaltung bisher unbekannt geblieben. So steht z. B. auf Seite 620 a. a. O. unter dem Kapitel »Experimental Evidence«, daß sich eine Muttereinzelwanddomäne mit dem Zustand 5=0 in zwei Magncteinzelwanddomänen mit dem Zustand 5=0 oder in eine mit dem Zustand 5= -1 und in eine weitere mit dem Zustand 5= +1 aufspalten läßt. Das sich ergebende Resultat bleibt jedoch hierbei dem Zufall überlassen. Mit Hilfe vorliegender Erfindung jedoch lassen sich diese Prozesse so steuern, daß sich bekannte Wandmagnetisierungszustände in den jeweils resultierenden Magneteinzelwanddomänen nach einem Abspaltungsprozeß herbeiführen lassen.

Die Prozeßverfahrensschritte zum Erzeugen von Magneteinzelwanddomänen mit Binär- bzw. Vielfachzuständen gemäß der Erfindung sind im Ablaufschema nach F i g. 1 a gezeigt. In der schematischen Darstellung nach F i g. Ib sind die dabei auftretenden Wirkungen in der Domänenwandung entsprechend angedeutet; wohingegen in den Fig.2a und 2b der Abspaltungsvorgang selbst veranschaulicht wird. Eine Darstellung der verschiedenen Wandmagnetisierungszustände, die bei den einzelnen Magneteinzelwanddomänen auftreten können, ergeben sich aus dem Schema nach F i g. 4. Zum Zwecke vorliegender Beschreibung ist angenommen, daß sich der Wandmagnetisierungszustand jeweils auf die resultierende Wandmagnetisierungsdrehung bezieht. So zeigt der Wandmagnetisierungszustand 5 ein ganzzahliges Vielfaches einer einmal im Gegenuhrzeigersinn um den gesamten Domänengrenzkreis, und damit um die Normale der Speicherschicht, erfolgten einmaligen Gesamtdrehung der Wandmagnetisierung M. Der Begriff Wandmagnetisierungstopologie bezieht sich auf die Ausgestaltung der Wandmagnetisierung und umfaßt sowohl die Chiralität als auch die Blochlinienlage.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 a, b, 2a, b und 3 wird eine Magneteinzelwanddomäne Db vorzugsweise durch Nukleation in einer Magnetspeicherschicht 10, bestehend aus einem Seltene-Erde-Orthoferrit oder Granat, z. B. durch Anlegen elektrischer Ströme I₂ und /3 an die Leitungszüge 12 und 14 erzeugt, und zwar unter gleichzeitiger Einwirkung eines in der Ebene der Magnetschicht 10 ausgerichteten Magnetfeldes. Die Domäne D₀ im Schema nach Fig.2a unter der Bezeichung (a) enthält die beiden Blochlinien B innerhalb der Domänenwandung W. Zum Zwecke der Übereinkunft wird eine Magneteinzelwanddomäne mit einem Blochlinienpaar als mit dem Wandmagnetisierungszustand: 5= 0 behaftet bezeichnet Die verschiedenen Magnetisierungszustände, die eine Magneteinzelwanddomäne einnehmen kann, werden weiter unten noch im Zusammenhang mit F i g. 4 näher erläutert.

Die Nukleation einer Magneteinzelwanddomäne Db, enthaltend ein Blochlinienpaar, läßt sich durch entsprechende Erregung zweier sich kreuzender elektrischer Leitungen, wie in F i g. 3 angedeutet, unter gleichzeitiger Anlegung eines in Schichtebene ausgerichteten Steuermagnetfeldes, das an der Nukleationsstelle zur Einwirkung gebracht wird, herbeiführen. Die sich ergebende Magneteinzelwanddomäne üb besitzt dann ein Blochlinienpaar, das in die Richtung des unipolaren in Schichtebene ausgerichteten Steuermagnetfeldes zeigt Werden also die Stromrichtungen /2 und h sowie das ir Schichtebene ausgerichtete Steuermagnetfeld, das ir Richtung des Pfeiles 23 zeigt, angelegt, dann wird cin< Magneteinzelwanddomäne 22a mit dem Wandmagneti sierungszustand S= 0 und den Blochlinien ßerzeugt.

Die Magneteinzelwanddomänen Db in den F i g. 2 und 3 besitzen eine Magnetisierungsrichtung, di jeweils, wie angedeutet, von der Zeichenebene aus nac oben gerichtet ist. Unter dieser Voraussetzung mu dann die gesättigte magnetische Speicherschicht 10 ein negative oder eine von der Zeichenebene aus i Normalenrichtung nach unten gerichtete Magnelisii rung besitzen, indem die positive Normalenrichtung m der M agneteinzelwanddomäncnmagnctisierungsric¹

709 5*3/4

lung zusammenfällt. Infolgedessen zeigt die Richtung des Vormagnetisierungsfeldes Hb in Richtung der Normalen der Zeichenebene, von dieser ausgehend, nach unten.

Der nächste Verfahrensschritt dient zur Positionierung der Blochlinien vor dem eigentlichen Abspaltungsprozeß. Dies wird durchgeführt, indem die jeweilige Magneteinzelwanddomäne in eine Zentrallage 22b verschoben wird. Auf Grund dieser Domänenverschiebung bewegen sich die Blochlinien B längs der Domänenwandung, bis sie die in der Domäne 22b angedeutete Ruhelage einnehmen. Die Theorie einer solchen Blochlinienwanderung, herbeigeführt durch gyromagnetische Räume innerhalb einer sich fortbewegenden Domänenwandung, ist im einzelnen in der Veröffentlichung »Physical Review Letter«, Band 29, Nr. 14,2. Oktober 1972 erläutert. Sobald die Blochlinien B die angedeutete Ruhelage erreicht haben, bleibt ihre Lage unverändert, auch bei einer weiteren Domänenverschiebung, wie es durch die Domäne 22c angedeutet ist. Die Magneteinzelwanddomänenverschiebung zur Positionierung von Blochlinien B wird durch angelegte Ströme /1 und h herbeigeführt. Ist der Strom /1 von ausreichender Stärke, um das Vormagnetisierungsfeld H_B örtlich in seiner Stärke unterhalb der Domänenzerfließstärke abzusenken, dann kann die Magneteinzelwanddomäne die gestreckte Form, wie durch die Streifendomäne 22c angedeutet, annehmen. Die endgültige Magneteinzelwanddomänenlänge bestimmt sich durch die Stromdichte, die sich in Abhängigkeit von der jeweiligen geometrischen Ausgestaltung des elektrischen Leiters 16 ergibt.

Der nächste Verfahrensschritt dient zur Winkellagendrehung der Wandmagnetisierung im verlängerten Domänenbereich, indem entweder ein unipolares, in Schichtebene ausgerichtetes Steucrmagnetfeld Hc oder eine Geschwindigkeitskomponente auf den verlängerten Domänenbereich zur Einwirkung gebracht wird. Dieser Vorgang ist in Fig. Ib im Einzelablauf angedeutet. Die Winkellage bzw. Neigungsrichtung der Wandmagnetisierung als Resultat der Einwirkung des in Schichtebene gerichteten Steuerfeldes H_c oder der Geschwindigkeitskomponente hängt von der Magnetisierungsrichtung der Magneteinzelwanddomäne und der Blochwandmagnetisierungsrichtung ab.

Die in Fig. Ib gezeigten Diagramme (a)—(h)deuten die Wirkung der Wandmagnetisierung M innerhalb der Blochwand W entsprechend der Richtung des in Schichtebene ausgerichteten Steuerfeldes Hc oder der Geschwindigkeitskoinponente an. Die Pfeile Hc und V zeigen dabei die Magnetfeldrichtung bzw. die Geschwindigkeitsrichtung an. So führt z. B. die Richtung des Steuermagnetfeldes in den Diagrammen (ty und (b) zu den nach unten gerichteten Wandmagnetisierungspfeilen.

Die Neigungsrichtung der Wandmagnetisierung als Resultat der Geschwindigkeitsrichtung Vhängt von der Magnetisierungsrichtung der jeweiligen Magneteinzelwanddomäne relativ zur umgebenden Magnetspeicherschicht und der Richtung der Wandmagnetisierung ab. Hierüber ist mehr in der Veröffentlichung in »Solid State Physics« 3,1956, S. 437 u. ff. ausgeführt.

Die in einer Magneteinzelwanddomäne Di in Schema (d) der F i g. 2a erzeugte Wandmagnetisierung ergibt sich im einzelnen in den Diagrammen (e) und (f) der Fi g. Ib, wobei das Diagramm (e) den oberen Wandabschnitt und das Diagramm (f) den unteren Wandabschnitt, der in Fi g. 2a gezeigten Magneteinzelwanddomäne darstellt.

Der nächste Verfahrensschritt im Prozeß nach Fig. la besteht darin, die Streifendomäne in zwei einzelne Magneteinzelwanddomänen bei geneigter Wandmagnetisierung aufzuspalten. Dies läßt sich mit Hilfe der in F i g. 3 angedeuteten Anordnung herbeiführen, wenn der Strom /3 im elektrischen Leiter 14 gepulst wird, während sich die Magneteinzelwanddomäne hierunter befindet. Die Mittel zur Streckung und Abspaltung von Magneteinzelwanddomänen sind an sich bekannt (USA 37 27 197). Die in F i g. 3 angedeutete Anordnung gibt lediglich ein Ausführungsbeispiel wieder, das aber ohne weiteres durch gleichwirkende Maßnahmen ersetzt werden kann.

Die Richtung des Stromes /3 legt die Leiterkante 14 fest, an der die Streifendomäne abgespaltet und neugebildet wird. Die beiden Wandungen der Streifendomäne rekombinieren im Bereich des örtlich angelegten in Schichtebene ausgerichteten Steuermagnetfeldes Hc, und die Magneteinzelwanddomäne Dq wird in die beiden Magneteinzelwanddomänen Di und D₂, wie in F i g. 2a angedeutet, abgespaltet. Gemäß vorliegender Erfindung besitzt dann die Magneteinzelwanddomäne Di einen Wandmagnetisierungszustand S= 1, bei dem keine Blochlinien vorliegen. Die Magneteinzelwanddomäne Di jedoch besitzt dank der Wandungsrekombination unter Einwirken des Magnetsteuerfeldes Hc zwei Blochlinienpaare, die in Richtung des angelegten Steuermagnetfeldes Hc zeigen. Die Magneteinzelwanddomäne Di besitzt deshalb vereinbarungsgemäß einen Wandmagnetisierungszustand S= 1. In einem ähnlichen Verfahren, wobei allerdings das unipolare in Schichtebene ausgerichtete Steuermagnetfeld Hc nach oben zeigt, ist zu erreichen, daß die Magneteinzelwanddomäne Di ein Blochlinienpaar, das nach oben zeigt, enthält, wo hingegen die Magneteinzelwanddomäe D₂ ein nach unten gerichtetes Blochlinienpaar bekommt. Beide Tochtermagneteinzelwanddämonen besitzen dann einen Wandmagnetisierungszustand 5=0.

Aus den Diagrammen (e) und (f) der Fig. Ib ergibt sich außerdem, daß eine Geschwindigkeitskomponente V, die auf die verlängerte Streifenmagneteinzelwanddomäne im Diagramm (d) der F i g. 2a in entgegengesetzter Richtung als der Richtung des in Schichtebene angelegten Steuermagnetfeldes Hc zur Einwirkung gebracht wird, die gleiche Wandmagnetisierungsneigungsrichtung einprägt. Aus diesem Grunde besitzen dann die sich ergebenden Magneteinzelwanddomänen Di und D₂ gleiche Wandmagnetisierungszustände. Die Magneteinzelwanddomäne Di hat einen Wandmagnetisierungszustand 5=1, wobei keine Blochlinien vorhanden sind, während die Magneteinzelwanddomäne D₂ alle vier Blochlinien erhält. Die Blochlinien B im Diagramm (c) befinden sich beide auf einer Seite bezüglich der Abspaltungsstelle; die Wandmagnetisierung M an der Abspaltungsstelle ist antiparallel gerichtet, so daß deshalb eine der Tochterdomänen sämtliche Blochlinien zugeteilt erhält.

Zur praktischen Anwendung läßt sich die Magneteinzelwanddomane mit dem Wandmagnetisierungszustand S= 1 vernichten und die Magneteinzelwanddomäne mii dem Wandmagnetisierungszustand S= -1 kann danr der Verwendung zugeführt werden oder einen nochmaligen Abspaltungsprozeß unterworfen werden um eine wie in Fig.4 gezeigte Magneteinzelwanddo mäne mit negativem Magnetisierungszustand höhere Ordnung zu erhalten. Die verschiedenen Blochlinien paare der Magneteinzelwanddomäne mit negativen

Wandmagnetisierungszustand höherer Ordnung lassen sich durch entsprechende Verschiebung wie zuvor in eine geeignete Lage plazieren, die Magneteinzelwanddomänen zu einer Streifendomäne strecken und unter Einwirkung eines unipolaren in Schichtebene gerichteten Steuermagnetfeldes abspalten, um so ein weiteres Blochlinienpaar hinzuzuführen. Damit zeigt sich, daß Magneteinzelwanddomänen mit sehr unterschiedlichen Wandmagnetisierungstopologien hergestellt und für die jeweiligen Verwendungszwecke gespeichert werden können, um so Zahlen in einem Zahlensystem mit einer höheren Basis als 2 darzustellen.

Verschiedene Methoden zur Bereitstellung von Magneteinzelwanddomänen mit Wandmagnetisierungstopologien für entsprechende Datenspeicherung sind in den F i g. 8 und 9 angedeutet, die später noch im einzelnen erläutert werden. Die Magneteinzelwanddomäne Di in Fi g. 2a läßt sich heranziehen, um zwei Magneteinzelwanddomänen zu erzeugen, die zur Darstellung binärer Daten, wie in Fig.2b angedeutet, dienen können. Die Magneteinzelwanddomäne D\ wird dem in Fig. la angedeuteten Prozeß unterworfen, um die zweiten Tochtermagneteinzelwanddomänen Di und D\ zu erhalten. Da eine Magneteinzelwanddomäne mit dem Wandmagnetisierungszustand S= 1 keine Blochlinien enthält, ist auch der Positionierungsverfahrensschritt der Blochlinien hier nicht erforderlich. Wird so nun eine Magneteinzelwanddomäne mit dem Wandmagnetisierungszustand 5=1 gemäß den Verfahrensschritten, wie sie im Zusammenhang mit F i g. 2a abgehandelt sind, erzeugt, dann läßt sich diese Magneteinzelwanddomäne strecken, ihre Wandmagnetisierungsrichtung neigen und sich dann in zwei Magneteinzelwanddomänen abspalten. Im einzelnen wird hierbei, wie in F i g. 2b angedeutet, vorgegangen.

Nach Streckung der Magneteinzelwanddomäne gemäß (b) in Fig.2b ergibt sich eine Wandmagnetisierungsstruktur, wie in den Diagrammen (c) und (d) der Fig. Ib gezeigt, wobei auch hier wiederum Diagramm (c)den unteren Wandabschnitt der Domäne in Fig. 2b und Diagramm (d) den jeweiligen oberen Wandabschnitt darstellt. Dies bedeutet, daß eine Geschwindigkeitskomponente V oder ein in gleicher Richtung gerichtetes unipolares in Schichtebene ausgerichtetes Steuermagnetfeld Hc zur gleichen Wandmagnetisierungsneigungsrichtung, und zwar nach oben führen, so daß sich eine Magneteinzelwanddomäne D* ergibt, die die addierten Blochlinienpaare enthält.

Wenn die Geschwindigkeitskomponente Voder das Steuermagnetfeld C in ihrer Richtung umgekehrt werden, dann ergibt sich eine Wandmagnetisierungsneigungsrichtung entsprechend den Diagrammen (a) und (b) in Fig. Ib. Als Resultat würde sich zeigen, daß die Magneteinzelwanddomäne Di das Blochlinienpaar erhält und die Magneteinzelwanddomäne £>« keinerlei Blochlinien aufweist.

Die gemäß Fig.2b erzeugten Magneteinzelwanddomäncn lassen sich zur Binärdarstellung verwenden. Die Magneteinzelwanddomäne mit dem Wandmagnetisierungszustand S= 1 läßt sich erneut einem Prozeß gemäß Fig.2b unterwerfen, um so kontinuierlich Magneteinzelwanddomänen mit dem Zustand 5=0 zur Speicherung für vorgesehene Verwendung zu erzeugen. Ein Prozeß, wie er in Fig.2b angedeutet ist, kann als Erzeugungsverfahrensschritt, zum Erhalten von Tochtermagneteinzelwanddomänen, wie in Fig.2a gezeigt, herangezogen werden. Der im Zusammenhang mit Fig.2b beschriebene Prozeß läßt sich also zum Umlaufverfahren ausweiten. Die Dämone Di wird dabei also erneut den beschriebenen Verfahrensabläufen unterzogen und damit wieder benutzt, wo hingegen die Domäne D* gemäß dem in F i g. 2a angedeuteten Prozeß Verwendung findet, um zwei Magneteinzelwanddomänen zu erzeugen, die zur Binärdarstellung dienlich sind.

Das Schema nach F i g. 4 zeigt den Wandmagnetisierungszustand S verschiedener Magneteinzelwanddomänen mit der jeweiligen Wandmagnetisierungstopologie.

Die in F i g. 4 auftretenden Pfeile deuten Wandmagnetisierungschiralitäten und Blochlinienpolaritäten an. Die drei Magneteinzelwanddomänen mit dem Wandmagnetisierungszustand S= 1 zeigen an, daß 5 bei Linienpaaren entgegengesetzten Vorzeichens (äußerste linke Domäne) unverändert bleibt. Derartige Blochlinien können sich drehen, während die Magnetisierung durchgehend beibehalten bleibt, um so eine der beiden anderen Magneteinzelwanddomänen, die mit dem gleichen Wandmagnetisierungszustand gezeigt sind, beizubehalten. Im Gegensatz hierzu erfordert ein Übergang zwischen verschiedenen Magnetisierungszuständen eine Diskontinuität in der Winkellagenverteilung, so daß hiergegen eine Energieaustauschsperre wirksam ist. Diese Sperre bewirkt also, daß die Magneteinzelwanddomänen ihren während ihrer Bildung eingenommenen Zustand über einen ziemlich weiten Bereich von Treiberbedingungen beibehalten. Wandmagnetisierungszustände sind in ganzzahligen Werten unbegrenzt, so daß die in Fig.4 gezeigte Nummer keinesfalls als Einschränkung für die Erfindung genommen werden kann. Eine algebraische Darstellung des Abspaltungsprozesses ist zwischen jedem Zustand für die Magneteinzelwanddomänen der F i g. 2a und 2b gezeigt, wobei außerdem ein weiterer Zustand S= —2 vorgesehen ist.

Jeder Domänenabspaltungsprozeß erzeugt ein neues Blochlinienpaar mit dem Resultat, daß zwei Magneteinzelwanddomänen Wandmagnetisierungszustände besitzen, deren Summe gleich dem Zustand der Muttermagneteinzelwanddomäne ist. Die höchstmögliche Ordnung des positiven Wandmagnetisierungszustandes ist nach einer Anzahl N von Abspaltungsprozessen ohne Chiralitätsänderung gleich 1. Die höchstmögliche Ordnung des negativen Wandmagnetisierungszustandes ist entweder — Noder 1 — N, abhängig davon, ob die zuerst erzeugte Magneteinzelwanddomäne mit eingerechnet wird oder nicht. Wenn in einer Anzahl N von Abspaltungsprozessen N+1 Einzelwanddomänen aus einer ersten Magneteinzelwanddomäne erzeugt werden, dann ist die Summe von N+1 Wandmagnetisierungszuständen gleich dem Wandmagnetisierungszustand der ersten Magneteinzelwanddomäne. Damii ergibt sich für die Blochlinien, daß nach einer Anzahl Λ von Abspaltungsprozessen Blochlinien in einem Wand· magnetisierungszustand von —1/2 in einer um 2 Λ größeren Anzahl vorliegen, als es der Anzahl vor Blochlinien mit dem Wandmagnetisierungszustanc + 1/2 entspricht.

Die F i g. 5a und 5b sollen die Erzeugung offenendigei Muttermagnetdomänen D_n jeweils unichiraler Wand magnetisierung veranschaulichen. In der Darstellung nach Fig.5a besitzt die Magnetdomäne Db eine Wandmagnetisierungstopologie mit im Uhrzeigersinn« vorliegender Chiralität, wobei sie durch Nukleation ar der Kante 30 oder irgendeiner sonstigen Diskontinuitä in der Magnetspeicherschicht 32 erzeugt ist. Eit unipolares in Schichtebene gerichtetes Steuermagnet feld Hc wird längs der Kante 30 der Speichermagnet

schicht 32 zur Einwirkung gebracht. Um eine Magnetdomäne D₀ mit im Uhrzeigersinne versehener Chiralität zu erzeugen, muß die Polarität des Steuermagnetfeldes Wein Richtung des Pfeiles 34 gemäß Zeichnung SDnach untecs gerichtet sein. Des weiteren läßt sich gemäß F i g. 5b eine unichirale Magnetdomäne D₀ mit gegenüber vorher unterschiedlicher Wandmagnetisierungstopologie erzeugen, wobei jedoch der gleiche Wandmagnetisierungszustand 5=1 in gewünschter Weise bereitgestellt werden kann, indem dann lediglich die Richtung des in Schichtebene angelegten unipolaren Magnetsteuerfeldes Wcumgekehrt wird. Das SteuermagnetfelWcist in diesem Falle nach oben gerichtet, so daß eine Magnetdomäne Db mit einer Wandmagnetisierungstopologie erzeugt wird, deren Chiralität entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist. Demnach steuert die Polaritätsrichtung des längs des Nukleationsbereiches angelegten Steuermagnetfeldes Hc die Wandmagnetisierungschiralität der hierbei bereitgestellten Magnetdomäne.

Wie an sich bekannt, läßt sich die Chiralitätsrichtung von Magnetdomänen zur Speicherung binärer Daten ausnutzen. Fernerhin lassen sich die unichiralen Magnetdomänen abspalten, um Magnetdomänen bereitzustellen, die einen Vielfachzustand der Wandmagnetisierungstopologie, wie in den Fig.6a und 6b angedeutet, einnehmen können. Die in Fig.6a gezeigte Magnetdomäne D₀ entsteht durch Nukleation an der Kante 30 oder wie bereits erwähnt an irgendeiner anderen Diskontinuitätsstelle in der Magnetspeicherschicht 32. Die Magnetdomäne Ob besitzt eine im Uhrzeigersinn gerichtete Chiralität. Im Diagramm (b) wird ein unipolares, in Magnetschichtebene gerichtetes Steuermagnetfeld Hc zur Einwirkung gebracht, um eine entsprechende Wandmagnetisierungsrichtungsneigung längs eines Wandabschnittes der gestreckten Magnetdomäne zur Einwirkung zu bringen. Die entsprechenden Wandabschnitte der Domäne Db werden unter der Einwirkung eines elektrischen Stromes, in einem entsprechend angeregten Leiter z. B., jeweils zusammengeschlossen, so daß sich eine unichirale Segmentdomäne Di, die der Kante 30 angelagert ist, und eine zylindrische Magneteinzelwanddomäne Di mit einem Blochlinienpaar B durch Trennen der chiralen Wandsegmente der Magnetdomäne Eh bildet.

Wie im Diagramm (c) der Fig.6a angedeutet, bestimmen die Chiralitätsrichtung der Mutterdomäne Db und die Richtung des in Magnetschichtebene angelegten Steuermagnetfeldes Hc den Wandmagnetisierungszustand der Segmentdomäne und der sich dabei ergebenden Magneteinzelwanddomäne. In Fig.6a besitzt die Domäne Di einen Wandmagnetisierungszustand S= 1, wo hingegen die Einzelwanddomäne Dz den Zustand S=O besitzt (siehe F i g. 4).

In F i g. 6b liegt eine Segmentdomäne Db vor, die wie vorhin eine im Uhrzeigersinne gerichtete unichirale Wandmagnetisierungstopoiogie, wie in F i g. 5a gezeigt, besitzt. Im Diagramm (b) der Fig.6b ist das in Magnetschichtebene gerichtete Steuermagnetfeld Hc im Gegensatz zum obigen Fall nach oben gerichtet. Mit dieser gegenüber dem zuvor beschriebenen Beispiel entgegengesetzten Polaritätsrichtung des Steuermagnetfeldes Wc und nach Abschluß des Abspaltungsprozesses, wie im Diagramm (c) gezeigt, ergibt sich ein Wandmagnetisierungszustand für die resultierende Segmentdomäne D\ von S=O mit einem Blochlinienpaar in ihrer Wandung. Die Domäne Eh besitzt einen Wandmagnetisierungszustand von S=I, da es sich hierbei um eine unichirale Einzeiwandmagnetdomäne handelt. Mit anderen Worten, durch Erzeugen einer Magnetdomäne längs einer Kante oder Diskontinuität der Speichermagnetschicht unter Einwirken eines unipolaren in Schichtebene gerichteten Steuermagnetfsldes läßt sich eine vorgebbare Chiralität in einer Segmentdomäne herbeiführen. Diese Segmentdomäne läßt sich anschließend unter Einwirkung eines unipolaren, in Magnetschichtebene gerichteten, über der Segmentdomäne angelegten Steuermagnetfeldes abspalten, um so in vorgebbarer Weise jeweils eine Einzeiwandmagnetdomäne zu erzeugen, die eine vorgegebene Wandmagnetisierungstopoiogie besitzt, und zwar in Abhängigkeit von der Chiralität der nukleierten Domäne und in Richtung des in Magnetschichtebene angelegten Steuermagnetfeldes über der Segmentdomäne. Es ergibt sich weiterhin, daß die in Fig.6b gezeigte Segmentdomäne D\ ebenfalls wieder gestreckt und einem Abspalivorgang unterworfen werden kann, wie es oben beschrieben ist, um einen Vielfachzustand der Wandmagnetisierungstopoiogie in Segment- oder Einzelwanddomänen zu erhalten. Auch die Domäne D₂ in Fig.6a läßt sich gemäß den Verfahrensschritten in Fig.2b strecken und in steuerbarer Weise abspalten unter der Einwirkung eines in Richtung der Magnetschichtebene angelegten unipolaren Steuermagnetfeldes, um Magneteinzelwanddomänen mit Wandmagnetisierungszuständen höherer Ordnung zu schaffen, wie oben angedeutet

Ein weiterer Prozeß zur steuerbaren Erzeugung von Magneteinzelwanddomänen vorgegebener Wandmagnetisierungstopoiogie umfaßt die Schritte des Anlegens eines unipolaren, in Richtung der Speichermagnetschicht eben wirkenden Steuermagnetfeldes längs einer Kante oder Diskontinuität in der Speichermagnetschicht und des Erzeugens einer gestreckten Segmentdomäne, ausgehend von dieser Kante des Speicherschichtmediums, wie in den F i g. 5a und 5b gezeigt, des Neigens der Wandmagnetisierungsrichtung im gestreckten Teil der Segmentdomäne und des Abspaltens dieser Segmentdomäne in zwei Einzeldomänen. Durch Steuerung der Neigungsrichtung der Wandmagnetisierung über das in Richtung der Speichermagnetschicht angelegte Steuermagnetfeld oder unter Einfluß einer Geschwindigkeitsänderung erhalten die sich ergebende Segmentmagnetdomäne und Einzeiwandmagnetdomäne eine vorgegebene Wandmagnetisierungstopoiogie, wie in F i g. 6a und 6b gezeigt.

Das in F i g. 7 gezeigte Blockdiagramm einer Informationsspeichereinrichtung unter Anwendung magnetischer Einzelwanddomänen mit unterschiedlicher Wandmagnetisierungstopologien mit jeweils unter schiedlichen dynamischen Eigenschaften stützt sich au! ein Magneteinzelwanddomänensystem, wie es in dei zuletzt genannten DT-OS beschrieben ist Wie hierii näher ausgeführt, werden Einzelwandmagnetdomänei mit unterschiedlichen Wandmagnetisierungszuständei bei Fortbewegung in der Speichermagnetschicht unte unterschiedlichen Ablenkungswinkeln unter der Einwir kung eines gleichförmigen Magnetfeldgradienten fort bewegt. Damit läßt sich unter Verwendung diese unterschiedlichen Ablenkur.gscharakteristik ein Infor mationsspeicher unter Anwendung der Erfindung zu Datenspeicherung heranziehen, wobei ein Zahlens) stern mit einer größeren Basis als 2 in vorteilhafte Weise ausgenutzt werden kann.

Der Informationsspeicher gemäß Blockschaltbild i F i g. 7 umfaßt eine Speichermagnetschicht 34, in der di

Magneteinzelwanddomänen aufbewahrt werden. Eine Domänenwandmagnetisierungstopologiesteuereinrichtung 36 erzeugt spezielle Magnetdomänen mit den betreffenden Wandmagnetisierungstopologien, um die Dateninformation in der Speichereinrichtung 38 zu speichern. Ein Vormagnetisierungsfeldgenerator 40 erzeugt das Vormagnetisierungsfeld H& das die Abmessungen der in der Speichermagnetschicht 34 erzeugten Magnetdomänen bestimmt. Die Domänenweiterleitungssteuerung 42 steuert die Fortbewegung der Einzelwandmagnetdomänen in der Magnetspeicherschicht 34. Die hierzu dienende magnetische Schaltung ist in vielerlei Typen bekannt und läßt sich ohne Einschränkung auf irgendeine dieser Typen bei der Erfindung anwenden. Die Speichermittel 38 können aus irgendeinem der bekannten Einzelwandmagnetdomänenspeicher bestehen, gleichgültig, ob auf dem Prinzip eines Schieberegisters oder eines Domänenschichtgitters beruhend.

Um Daten aus dem Datenspeicher 38 zu entnehmen, werden die Magneteinzelwanddomänen Domänenabfühlmitteln 44 zugeführt, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel aus dem Diskriminator 46 und den Abfühlern 48 bestehen., Der Diskriminator 46 befindet über die Eigenschaften von Einzelwandmagnetdomänen, insoweit sie unterschiedliche Wandmagnetisierungszustände aufweisen, in der Weise, daß alle Einzelwandmagnetdomänen mit einem vorgegebenen Wandmagnetisierungszustand in ihrer Weiterbewegung einem vorgegebenem Pfad folgen, der so für alle anderen Wandmagnetisierungszustände unbeachtlich ist. Die Magneteinzelwanddomänen lassen sich der Speichereinrichtung 38 selektiv entnehmen und dem Diskriminator 46 zuführen, wo sie entsprechend erfaßt werden, um sie über die unterschiedlichen Weiterleitungspfade 52,54 oder 56, je nach ihrem Wandmagnetisierungszustand, weiterzubefördern. Der Diskriminator 46 trennt also Einzelwandmagnetdomänen unterschiedlicher Eigenschaften, die jeweils unterschiedlichen Daten zugeordnet sein können, so daß jede Einzelwandmagnetdomäne zur Anzeige ihrer jeweils zugeordneten Information über die Abfühler 48 zu erfassen ist. Die Abfühler 48 können dabei ebenfalls von bekannter Bauart sein, vorzugsweise aber jedoch aus magnetoresistiven Sensoren bestehen.

Nach Abfühlung werden die Einzelwandmagnetdomänen entweder zerstört, weiteren Magnetschaltungsanordnungen zugeführt oder den Domänenwandmagnetisierungstopologiesteuermitteln 36 wieder zugeführt, wo sie dann selektiv getrennt werden, um wiederum spezielle Dateninformation anzeigen zu können. Ein dem jeweiligen Domänentyp jeweils entsprechendes Signal wird dem Verbraucher 50 zur entsprechenden Verwendung weitergeleitet. Die Steuerung der Operationsfolgen für die Domänenwandmagnetisierungstopologiesteuermittel 36, den Vormagnetisierungsfeldgenerator 40, die Weiterleitungssteuermittel 42, die DomänenabfühlmiUel 44 und den Verbraucher 50 geschieht unter Steuerung der Steuermittel 58. Die Steuermittel 58 steuern die Operationsfolge zur Bildung von den gewünschten Daten entsprechenden Domänentypen zur Weiterleitung der Einzelwandmagnetdornänen in die Speichermittel zur Datenspeicherung und dann die Entnahme der Speichereinrichtung zur Abfühlung, wenn die Daten wieder verwendet werden sollen.

In den F i g. 8a und 8b sind ebenfalls wieder jeweils im Blockdiagramm die verschiedenen Anwendungen der Erfindung für eine zweckmäßige Verwendung angegeben. Das in F i g. 8a gezeigte Biockdiagramm deutet an, daß Einzelwandmagnetdomänen durch Nukleation oder auf andere Weise mit Hilfe der Generatormittel 60 erzeugt werden können, sich strecken lassen und daß deren Wandmagnetisierungsrichtung geneigt werden kann, um mit Hilfe von entsprechenden Abspaltungsmitteln Domänen mit gewünschten Wandmagnetisierungszuständen bereitzustellen. Es ergeben sich dabei ίο zwei Domänentypen, eine mit dem Wandmagnetisierungszustand Nr. 1 in Anordnung 64 und eine andere mit dem Wandmagnetisierungszustand Nr. 2 in der Anordnung 66. Die Einzelwandmagnetdomäne läßt sich dann selektiv durch den Verbraucher 68 zur Binärdarstellung T5 verwenden.

Die drei symbolischen Darstellungen (a), (b) und (c) in F i g. 8a stellen die erzielbaren möglichen Zustände dar, die sich durch entsprechendes Ändern des ursprünglichen Magneteinzelwanddomänenzustandes und/oder der Wandmagnetisierungsrichtungsneigung bei Geschwindigkeitsänderung oder Änderung der Feldrichtung des in Schichtebene gerichteten Magnetfeldes ergibt. Die Wandmagnetisierungsrichtungsneigungsmittel sind schematisch durch die Pfeile im Flußschema der drei symbolischen Darstellungen angedeutet In F i g. 8a bedeutet (c), daß, wenn eine Magneteinzelwanddomäne mit dem Zustand 5= 1 startet (siehe F i g. 2b), die sich dadurch ergebenden Einzelwandmagnetdomänenzustände 5=1 und 5=0 sind. Im Flußdiagramm der symbolischen Darstellung sind die Zustandspfade Nr. 1 und Nr. 2 in gleicher Position angegeben wie im Blockdiagramm.

Die Diagrammdarstellungen (a) und (b) deuten

weiterhin an, daß durch Umkehrung der Wandmagnetisierungsneigungsrichtung unterschiedliche Tochierdomänenzustände entstehen. Das Diagramm (b) ist repräsentativ für das in F i g. 2a gezeigte Verfahren.

F i g. 8b zeigt, daß sich ein System realisieren läßt für

die Binärdarstellung mit Hilfe von Magneteinzelwanddomänenzuständen, ohne daß eine Entscheidung im

Verbraucherkreis stattfinden muß. Das Blockdiagramm enthält die Erzeugungsmittel 70 und Mittel 72 zur gesteuerten Formierung des Wandmagnetisierungszustandes, die ihrerseits mit dem Domänenvernichter 74 und dem Verbraucher 76 verbunden sind. Damit läßt sich symbolisch wiedergeben, daß die auf der rechten Seite erzeugten Magneteinzelwanddomänen mit den Zuständen Nr. 2 im Verbraucher 76 weiterverarbeitet werden, wo hingegen die links erzeugten Magneteinzelwanddomänen mit den Zuständen Nr. 1 durch den Domänenvernichter 74 beseitigt werden.

Eine Magneteinzelwanddomäne wird mit Hilfe der Erzeugermittel 70 jeweils mit einem Zustand S= 1 durch Nukleation oder andere Weise erzeugt. Die Wandma· gnetisierungsrichtungsneigungsmittel der gesteuerter Wandzustandsformierungsmittel 72 werden richtungs sinnabhängig betätigt, in Abhängigkeit davon, ob eii oder zwei Magneteinzelwandzustände gefordert wer den. Wird eine Magneteinzelwanddomäne mit den Zustand 5= 1 gewünscht, dann wird im Flußdiagramn der linke oder gestrichelt gezeichnete Pfad genommer Die Magneteinzelwanddomäne mit dem Zustand S= wird mit Hilfe des Domänenvernichters 74 beseitig Wird die andere Alternative verlangt, dann wird di Wandmagnetisierungsrichtungsneigung umgekehrt, wi durch den Pfeil 78a angedeutet, der nunmehr i entgegengesetzter Richtung zu der des Pfeiles 78b zeig Unter Verwendung des durch die ausgezogene Lini

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dargestellten Pfades für die umgekehrte Wandmagnetisierungsrichtung besitzen die zur Verwendung vorgesehenen Einzelwandmagnetdomänen einen Zustand S=O, wo hingegen beseitigte Magneteinzelwanddomänen jeweils den Zustand S= 1 haben.

Weitere Diagramme dieser Art sind den F i g. 9a und 9b zu entnehmen. Bei der F i g. 9b sollen drei gesteuerte Wandmagnetisierungszustandsformierungsmitte! kombiniert werden, um anstelle eines binären Zahlensystems ein ternäres Zahlensystem in Anwendung zu bringen. Die Erzeugungsmittel 80 starten durch Erzeugung einer Magneteinzelwanddomäne mit dem Wandmagnetisierungszustand 5=0. Diese Magneteinzelvanddomäne wird anschließend den gesteuerter Wandzustandsformierungsmittein 82 zugeführt, wo zwei Magneteinzelwanddomänen, die beide den Zustand S=O besitzen, erzeugt werden. Die Magneteinzelwanddomäne mit dem Zustand Nr. 2 wird da*nn den zweiten gesteuerten Wandzustandsformierungsmitteln 84 zugeführt, die auf die eingegebene Magneteinzelwanddomäne in gleicher Weise einwirken, wie die gesteuerten Wandzustandsformierungsmittel 82 auf die ursprüngliche Magneteinzelwanddomäne. Auch hier wiederum hat die sich ergebende Magneteinzelwanddomäne mit dem Zustand Nr. 1 und Nr. 4 im einen wie im anderen Falle den Wandmagnetisierungszustand S=O. Eine Magneteinzelwanddomäne mit dem Zustand Nr. 3 wird wieder zurückgeführt, so daß eine weitere Magneteinzelwanddomäne nicht über die Erzeugungsmittel 80 eingebracht zu werden braucht. Die Magneteinzelwanddomäne mit dem Zustand Nr. 4 wird dem Verbraucher 86 zugeführt.

Die Magneteinzelwanddomäne mit dem Zustand Nr. 2 wird den dritten gesteuerten Wandzustandsformierungsmitteln 88 zugeführt, durch die die Wandmagnetisierungsrichtungsneigung relativ zu denen in den gesteuerten Wandzustandsformierungsmitteln 82 und 84 umgekehrt wird. Wie in F i g. 9a gezeigt, besitzen die sich ergebenden Magneteinzelwanddomänen mit den Zuständen Nr. 5 und Nr. 6 die Wandmagnetisierungszustände S= — 1 bzw. S=I. Auch diese Magneteinzelwanddomänen werden dem Verbraucher 86 zugeführt.

Der Verbraucher 86 kann so eine aus drei Magneteinzelwanddomänen zur Darstellung eines ternären Speichersystems auswählen. Nach dem Vorhergesagten dürfte es einleuchtend sein, daß mit Hilfe der Erfindung auch Zahlensysteme mit einer Basis größer als 2 oder 3 verarbeitet werden können. Es lassen sich nämlich weitere gesteuerte Wandzustandformierungsmittel hinzufügen, um auf eine Magneteinzelwanddomäne zu kommen, die einen Wandmagnetisierungszustand von S= 2 aufweist, so daß sich also auch ein quartäres Zahlensystem realisieren läßt.

Andere Kombinationen der in Fig.8a und 8b gezeigten Systeme können zusammengeschaltet werden, um verschiedene binäre und Speichersysteme basierend auf anderen Zahlensystemen als denen der Basis 2 zu realisieren. So ist z. B. in Fi g. 9b ein umlaufendes Binärsystem angewendet, bei dem die benutzten Magneteinzelwanddomänen je nach entsprechenden Wandmagnetisierungszuständen weiter unterteilt werden. Ein Domänenerzeugungsmittel 90 siartet durch Erzeugung der ersten Magneteinzelwanddomäne, die den Wandmagnetisierungszustand S=O aufweist, Diese Magneteinzelwanddomäne wird den gesteuerten Wandmagnetisierungszustandsformierungsmitteln 92 zugeführt, wo beide sich jeweils ergebenden Magneteinzelwanddomänen, und zwar die mit dem Zustand Nr. 1 und die mit dem Zustand Nr. 2, jeweils einer Wandmagnetisierungszustand von S=O besitzen.

Die Domäne mit dem Zustand Nr. 2 wird wie gezeigi den anderen gesteuerten Wandmagnetisierungszu-Standsformierungsmitteln 94 zugeführt. Die Domäne mit dem Zustand Nr.l wird wieder zurückgeführt, so daC weiterhin keine neuen Magneteinzelwanddomäner mehr erzeugt werden müssen.

Die gesteuerten Wandmagnetisierungszustandsformierungsmittel 94 benützen entgegengesetzte Wand magnetisierungsrichtungsmittel, um Magneteinzel wanddomänen mit den Zuständen Nr. 3 und Nr. 4 zi erzeugen, wobei jeweils ein Magnetisierungszustanc von S= 1 vorliegt. Diese Magneteinzelwanddomäner werden dann dem Verbraucher 96 zugeführt.

Die Magneteinzelwanddomänen mit dem Wandma gnetisierungszustand S= — 1 und S= 1 werden verwen det, weil der Unterschied zwischen beiden Magnetein zelwanddomänen lediglich in den zwei Blochlinienpaa ren besteht. Binärdaten gehen deshalb nicht leich verloren, wenn auf irgendeine Art und Weise einma eine Magneteinzelwanddomäne mit dem Zustanc S= -1 ein Blochlinienpaar verlieren sollte.

Das Prinzip der Erfindung ist oben anhand voi Ausführungsbeispielen erläutert. Wenn auch im bevor zugten Ausführungsbeispiel zur Erzeugung einei Streifendomäne hierzu das in Richtung der Normaler der Magnetschichtebene gerichtete Vormagnetisie rungsfeld in seiner Feldstärke herabgesetzt werdei muß, dürfte es einleuchten, daß eine derartig« Streifenmagnetdomäne auch noch durch andere Mitte und Verfahren gebildet werden kann, wie z. B. durcl Verwendung eines entsprechend schleifenförmig ge führten elektrischen Leiters, um zu veranlassen, daß eint zylindrische Magneteinzelwanddomäne, die in dies« Leiterschleife gelangt, durch entsprechende Einstellunj der Stärke des hindurchfließender! Stromes zu eine Streifenmagnetdomäne gestreckt v/erden kann. De: weiteren lassen sich auch andere Abfühlmittel verwen den, um andere Eigenschaften von Vielfachzustandsdo mänen zu erfassen, als gerade die Ablenkbarkeit ii seiner Weiterbewegungsrichtung unter Einfluß eine Magnetfeldes. So läßt sich z. B. die Anzahl der Linien ii der Blochwandung einer Magnetdomäne direkt mi Hilfe magnetoresistiver Abfühlmittel erfassen, um dii verschiedenen Zustände einer derartigen Magnetdomä ne feststellen zu können.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur wahlweise steuerbaren Bereitstellung von Magnetisierungszuständen in Blochwänden von Magnetdomänen, die in magnetischen S Speicherschleifen erzeugt, längs vorgegebenen Weiterleitungspfaden steuerbar weitergeleitet und selektiv in Abhängigkeit von einer Wandmagnetisierungstopologie erfaßt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erzeugung einer Magnetdomäne Blochlinien in der Blochwand dieser Magnetdomäne positioniert werden, daß die Magnetdomäne zu einer Streifendomäne gestreckt wird, da!} im verlängerten Teil der Streiisndomäne die Wandmagnetisierungsrichtung im wesentlichen senkrecht zur Blochwandrichtung gedreht wird und daß von der Streifenmagnetdomäne eine zylindrische Einzelwandmagnetdomäne abgespaltet bzw. eine Einzelwandmagnetstreifendomäne in zwei zylindrische Einzelwandmagnetdomänen geteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine zylindrische Einzelwandmagnetdomäne durch Nukleation in einer Magnetspeicherschicht unter dem Einfluß eines örtlich einwirkenden unipolaren, in Schichtebene ausgerichteten Magnetfeldes erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Abspaltung bzw. Aufteilung der Streifenmagnetdomäne erhaltene zylindrische Einzelwandmagnetdomäne als Ausgangsmagnetdomäne zur Erzeugung weiterer abgespalteter Magnetdomänen verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandmagnetisierungsrichtung durch Anlegen eines unipolaren, in Magnetschichtebene ausgerichteten örtlichen Magnetfeldes längs des verlängerten Teils der Streifenmagnetdomäne in ihrer Richtung quer zur Blochwandrichtung eingestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandmagnetisierungsrichtung unter dem Einfluß einer auf die Streifenmagnetdomäne einwirkenden Geschwindigkeitskomponente, wodurch die Magnetdomäne in einer Richtung senkrecht zum verlängerten Streifenteil bewegt wird, im wesentlichen senkrecht zur Blochwandrichtung eingestellt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aufspaltung bzw. Abspaltung eine erste Magnetdomäne mit unichiralem Wandmagnetisierungszustand und eine zweite Magnetdomäne mit einem Paar von Bloch •Linienmagnetisierungsdrehungen in ihrer Blochwandung erzeugt wird.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Richtungsänderung der Wandmagnetisierung derart eingestellt sind, daß die Abspaltungsmittel für die zweite Magnetdomäne eine dritte Einzelwandmagnetdomäne mit einem unichiralen Wandmagnetisierungszustand erzeugen und eine vierte Magneteinzehvanddomäne bereitstellt, die zwei Paar von BIoch-Linienmagnetisierungsdrehungen in ihrer Blochwandung aufweist, ⁶S daß fernerhin Mittel zur Verschiebung der die Vielzahl von Magnetisierungsliniendrehungen aufweisenden Einzelwandmagnetdomäne in die Aufteilungsposition vorgesehen sind und daß Mittel zur wiederholten Eingabe abgespalteter Einzelwandmagnetdomänen in die Aufteilungslage bereitstehen, so daß als Ergebnis Einzelwandmagnetdorränen mit entsprechend der Anzahl von Aufteilungsvorgängen versehenen Bloch Linienmagnetisierungsverdrehungspaaren in ihrer Blochwand vorliegen.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine unichirale Segmentmagnetdomäne in der Magnetspeicherschicht erzeugt wird, um hiervon Einzelwandmagnetdomänen abzuspalten.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß den unterschiedlichen Wandmagnetisierungszuständen jeweils bestimmte Bitzustände zugeordnet werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6,8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der abgespalteten Einzelwandmagnetdomänen einem Verbraucher und der nicht benötigte übrige Teil einem Domänenvernichter zugeführt werden.

11. Anordnung nach Anspruch 7 zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Magnetdomänenwandmagnetisierungstopologiesteuervorrichtung zur Aufspaltung einer ersten Einzelwandmagnetdomäne in eine zweite und dritte Einzelwandmagnetdomäne mit je einem Bloch-Linienmagnetisierungsdrehungspaar, daß eine zweite Wandmagnetisierungstopologiesteuervorrichtung zur Erzeugung einer vierten und fünften Einzelwandmagnetdomäne aus der zweiten Einzelwandmagnetdomäne vorgesehen ist, von denen jeweils eine ein Bloch-Linienmagnetisierungsdrehungspaar in der jeweiligen Blochwand enthält, daß eine dritte

Wandmagnetisierungstopologiesteuervorrichtung zur Einwirkung auf die dritte Einzelwandmagnetdomäne für die Erzeugung einer sechsten und siebten Magneteinzelwanddomäne bereitsteht, deren Wandmagnetisierungszustände von denen aller anderen Einzelwandmagnetdomänen unterschiedlich sind und daß ein Verbraucher angeschlossen ist, dem die fünfte, sechste und siebte Einzelwandmagnetdomäne zur Weiterverarbeitung zuführbar ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einzelwandmagnetdomäne auf die erste Domänenwandmagnetisierungstopologiesteuereinrichtung zurückführbar ist, um in wiederholten Abspaltungsschritten die fünfte, sechste und siebte Einzelwandmagnetdomäne zu erzeugen.