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Speichersystem mit magnetischen Domänen.
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Die Erfindung betrifft eine Speicheranordnung mit einer ersten Schicht
aus magnetischem Material zum Aufnehmen einer zweidimensionalen Konfiguration magnetischer
Domänen mit einer ersten Magnetisierungsrichtung quer zur erwähnten Schicht in eine
zweidimensionale Konfiguration von Hintergrundbereich mit einer der ersten Magnetisierungsrichtung
entgegengesetzt gerichteten zweiten Magnetisierungsrichtung, mit weiter Erzeugungsmitteln
mit einem Eingang zum Empfangen digitaler Daten und zum selektiven Erzeugen der
zweidimensionalen Konfigurationen magnetischer Domänen bzw. von Hintergrundbereich
unter der Steuerung der erwähnten Daten geeignet mit weiterhin externen Mitteln
zum Aufrechterhalten einer ersten Magnetfeldkonfiguration mit einer Feldkomponente
quer zur und in der erwähnten ersten Schicht- aus magnetischem
Material
zum Stabilisieren der zweidimensionalen Konfigurationen darin, und mit Detektionsmitteln
zum Detektieren einer in mindestens einer der zweidimensionalen Konfigurationen
enthaltenen Digitalinformation.
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Eine derartige Anordnung ist aus dem Artikel von B.A.Calhoun et al:
"Column Access of a bubble lattice: Column translation and lattice translation IBM
Journal of Research and Development, Juli 1976, S. 368 ... 375, bekannt. Die bekannte
Anordnung enthält Mittel zum Erzeugen eines im großen ganzen nahezu einheitlichen
Hintergrundmagnetfelies in einer Richtung quer zur Plattenebene, beispielsweise
durch einen Dauermagneten. Ein derartiger-Magnet hat meistens ein ziemlich großes
Gewicht. Weiter ist bei der bekannten Anordnung die Digitalinformation in der magnetischen
Struktur der Wände der mehr oder weniger zylinderförmigen Domänen verkörpert, und
zwar treten "harte" bzw. 'weiche" Magnetblasendomänen auf. Viele bekannte Techniken
zum Detektieren magnetischer Domänen und somit zum Diskriminieren zwischen den verschiedenen
Dateninhalten können jetzt nicht benutzt werden, weil dabei die geometrische Struktur
der Domänentrennwände benutzt wird.
Derartige Verfahren basieren
beispielsweise auf dem Faraday-Effekt oder auf dem Magnetowiderstandseffekt.
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Bei der eingangs erwähnten Anordnung kann Diskrimination zwischen
den unterschiedlichen Gattungen magnetischer Blasen durch Anordnung dieser Blasen
in einem Magnetfeld mit einem Gradienten erfolgen, denn dabei ist die Bewegungsrichtung
von der magnetischen Struktur der Wand abhängig. Die bekannte Speicheranordnung
erfordert somit eine komplizierte Extraktionsanordnung, in der die Domänen einen
bestimmten freien Weg zurücklegen müssen, bevor sie unter dem Einfluß dieser unterschiedlichen
Bewegungsrichtungen in einem der zwei oder mehreren Detektoren signalisiert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Speicheranordnung mit energieunabhängiger
Datenspeicherung anzugeben, bei der die digitalen Daten in der geometrischen Konfiguration
der Domänenwände verkörpert sind, wodurch die Detektion sowohl bei in der ersten
Schicht aus magnetischem Material stillstehenden als auch bei in bezug darauf bewegenden
Domänen erfolgen kann, und eine hohe Informationsdichte dadurch erreicht wird, daß
in einer vorbestimmten Koordinationsrichtung direkt aufeinanderfolgende Paare von
Domänentrennwänden nur einen Blasen-Durchmesser auseinander zu lie#gen brauchen,
wobei
eine räumlich im wesentlichen regelmäßige Magnetisierungs-Konfiguration in der ersten
Schicht aus magnetischem Material entsteht.
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Die erfindungsgemäße Speicheranordnung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die externen Mittel eine zweite Schicht aus ferromagnetischem Material etwa
parallel zur erwähnten ersten Schicht enthalten, mit einer weiteren Magnetisierungskonfiguration,
die in der ersten Schicht ein in einer ersten Koordinatenrichtung längs dieser ersten
Schicht räumlich nahezu periodisch schwankendes und quer zur ersten Schicht gerichtetes
Magnetfeld mit einer ersten Periode von Spitzenwerten aufrecht erhält, die in einer
zweiten Koordinatenrichtung quer zur erwähnten ersten Koordinatenrichtung streifenförmig
verlaufen, wobei der Spitzenwert ein stellenweise vorhandenes Domänengebiet mit
der Richtung des Spitzenwertes entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung stabilisiert,
welches aufrechterhaltene Magnetfeld einen mittleren Wert quer zur Platte hat, der
in bezug auf den Spitzenwert dadurch klein ist, daß das aufrechterhaltene Magnetfeld
Je Periode in der erwähnten ersten Koordinatenrichtung jeweils zwei Umkehrlinien
besitzt, so daß im wesentlichen die Oberflächen der magnetischen Domänen
und
die Oberfläche des Hintergrundgebiets einander nahezu gleich sind, daß die Erzeugungsmittel
zum Anbringen digitaler Information in der Magnetisierungskonfiguration der Platte
aus magnetischem Material neben im wesentlichen in der zweiten Koordinatenrichtung
verlaufenden ersten Domänen/Hintergrundgebiettrennwänden außerdem nahezu längs der
erwähnten ersten Koordinatenrichtung orientierte und selektiv angeordnete zweite
Domänentrennwände benutzen, wobei Paare in einem Streifen in der zweiten Koordinatenrichtung
aufeinanderfolgende zweite Domänentrennwände über eine nahezu gerade Anzahl von
Querperioden vorausbestimmter Abmessung voneinander entfernt sind, wobei der Wert
der ersten Perioden und der der Querperioden die gleiche Größenordnung aufweisen,
und daß die Paare zweiter Domänentrennwände jeweils in derartigen Positionen vorhanden
sind, daß die Menge aller möglichen Positionen ein zweidimensionales regelmäßiges
Gitter bildet.
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Dabei ist kein einheitliches Hintergrundmagnetfeld notwendig. Damit
wird ein niedrigeres Gewicht als bei der bekannten Anordnung erreicht. Die zweite
Schicht aus magnetischem Material kann beispielsweise auf die Art eines Magnetbandes
ausgeführt sein, wie es für
die Speicherung digitaler Daten an
sich ganz üblich geworden ist. Die Detektion kann dadurch erfolgen, daß ein optisch
empfindliches Element die Faraday-Rotation in einer monotonen Positionsfolge längs
der erwähnten zweiten Koordinatenrichtung bestimmt. Dabei trifft der Detektor möglicherweise
auf Übergänge zwischen Domänengebiet und Hintergrundgebiet (mit einer anderen Faraday-Rotation).
Andere Detektionsmethoden benutzen den Magnetowiderstandseffekt. Es ist schließlich
beispielsweise möglich, durch selektives Implodieren (collaps) einer Domäne löchend
zu lesen.
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Es ist vorteilhaft, wenn die erste und zweite Koordinatenrichtung
ein kartesisches Koordinatensystem bilden.
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Dies ergibt eine einfache Anordnung. Ein anderes System arbeitet beispielsweise
mit rotationssymmetrischen externen Magnetfeldkonfigurationen.
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Es ist vorteilhaft, wenn zwei in der zweiten.Koordinatenrichtung direkt
aufeinanderfolgende zweite Domänentrennwände einen Streifen des Domänengebiets mit
der ersten Magnetisierungsrichtung unterbrechen. Dabei sind also von der Zylinderform
abweichende Domänenformen
möglich: es wird sich zeigen; dass solches
viele verschiedene Kombinationen ergeben kann. Durch aufeinanderfolgende Paare zweiter
Domänentrennwände kann ein Teil eines Domänengebietstreifens abgetrennt werden.
Dieser abgetrennte Teil kann durch weitere Domänentrennwände gleichsam über eine
Brücke mit einem angrenzenden Domänengebietstreifen verbunden sein. Durch weitere
Brücken und/oder Unterbrechungen in dem oder den angrenzenden Streifen sind viele
verschiedene Kombinationen möglich. So kann beispielsweise ein abgetrennter Teil
eines Domänengebietstreifens in der zweiten Koordinatrichtung die Abmessung eines
einzigen Blasendurchmessers haben und dabei mehrere Datenbits enthalten. Dadurch
wird tatsächlich eine besonders hohe Informationsdichte ermöglicht.
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Es ist möglich, dass die erwähnte erste Schicht aus magnetischem
Material beim Fehlen externer magnetischer Mittel räumlich abwechselnde Magnetisierungsrichtungen
mit Streifenbreiten eines vorausbestimmten Normalwertgebiets aufweist, wobei die
erwähnte erste Periode grösser als zweimal und kleiner als viermal den erwähnten
Normalwert ist, und dass die einander zugewandten Domänen/Hintergrundgebiettrennwände
zweier angrenzender Streifen der erwähnten ersten Magnetisierungsrichtung alternativ
Ausstülpungen
zur Verkörperung der erwähnten Digitalinformation aufweisen, wobei die Querabmessungen
der erwähnten Ausstülpungen dem erwähnten Normalwert nahezu entsprechen. In diesem
System ist die Information in dem stellenweise möglicherweise Auftreten einer Ausstülpung
an einem Domänengebietstreifen verkörpert.
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Dies ergibt ebenfalls eine stabile Konfiguration mit einer hohen Informationsdichte.
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Es ist ausserdem vorteilhaft, wenn weitere externe Mittel vorgesehen
sind, um in den erwähnten ersten Schicht aus magnetischem Material eine weitere
Magnetfeldkonfiguration mit einer Feldkomponente quer zur ersten Schicht aus magnetischem
Material aufrechtzuerhalten, die der ersten Magnetfeldkonfiguration überlagert ist,
welche weitere Magnetfeldkonfiguration in der erwähnten zweiten Koordinatrichtung
eine räumlich periodische Variation mit einer dritten Periode besitzt, wobei die
Amplitude dieser Variation die gleiche Grössenordnung hat, wie die der in der ersten
Koordinatrichtung räumlich periodisch schwankenden Magnetfeldkonfiguration. Die
weitere Magnetfeldkonfiguration kann dazu dienen, dass erwähnte zweidimensionale
regelmässige Gitter zu stabilisieren. Die Amplitude kann von der der ersten Magnetfeldkonfiguration
abweichen, beispielsweise um das Dreifache kleiner sein, sie kann jedoch auch
näher
bei der der ersten Magnetfeldkonfiguration liegen und gegebenenfalls auch grösser
sein. Die dritte Periode kann nahezu gleich der erwähnten Querperiode und zum anderen
beispielsweise auch eine gerade Anzahl Male grösser sein.
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Es ist vorteilhaft, wenn erste Anbriebsmittel zum Antreiben der in
einem vorausbestimmten Gebiet der erst#en Schicht aus magnetischem Material vorhandenen
zweidimensionalen Konfiguration magnetischer Domänen einschliesslich Hintergrundgebiet
und in bezug auf die erwähnte zweite Schicht aus ferromagnetischem Material in der
erwähnten ersten Koordinatrichtung quer zu den erwähnten Streifen vorhanden sind.
An sich sind derartige Antriebsmittel aus dem herangezogenen Artikel bekannt: er
erwähnt ein hexagonales Gitter, bei dem der Antrieb durch Erregen von Leitern erfolgt,
die zu einer Domänenfolge des Doinänengitters parallel verlaufen. Der Antrieb erfolgt
in einer Richtung, die damit einen Winkel von 600 bildet. Erfindungsgemäss-kann
dieser Winkel 600 aber auch 900 betragen und er kann auch noch andere# Werte#haben.
Ausserdem ist ein derartiger erfindungsgemässer An.trieb ausreichend, um eine Domäneninformationsfolge
an einem Detektorelement darzustellen. Dieses Detektorelement kann die Domänenkonfigurationen
detektieren beispielsweise auf der Basis der
Faraday-Rotationen
unter der Verwendung optischer Adressierung. Es gibt eine grosse Möglichkeit zur
wahl-freien Adressierung. Nach dem bekannten Technik war diese Möglichkeit nicht
vorhanden, weil eine Domäneninformation nur an Hand der Bewegung der die Daten trägenden
Domänen bestimmt werden kann, zu welchem Zweck dabei stets Domänen aus dem Gitter
extrahiert werden müssen. Es ist dabei vorteilhaft, wenn die erwähnten ersten Antriebsmittel
in der zweiten Koordinatrichtung längs. der ersten Schicht aus magnetischem Material
verlaufende Stromleiter enthalten, die an Ausgänge eines ersten Stromgebers angeschlossen
sind, welche Stromleiter nach einer vierten Periode in der ersten Koordinatrichtung
periodisch angeordnet sind, um jeweils je Stromleiter einen Streifen mit einer Magnetisierungsrichtung
der erwähnten zweidimensionalen Knnfigurationen anzutreiben, und damit indirekt
mittels abstossender Kräfte zwischen angrenzenden Streifen die ganze Magnetisierungskonfiguration
im erwähnten vorausbestimmten Gebiet anzutreiben. Es zeigt sich dass durch derartige
Antreibsmittel ein zweidimensionales Gebiet mit von den Normalblasendomänen abweichenden
Domänenkonfigurationen vorteilhaft antreibbar ist.
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Es ist vorteilhaft wenn zum Zuführen und/oder Abführen in einer Magnetisierungskonfiguration
verkörperter
Digitalinformationen zu/aus dem erwähnten vorausbestimmten Gebiet ein zumindest
an einer Seite längs der zweiten Koordinatrichtung an dieses vorausbestimmte Gebiet
grenzende Kommunikationsstreifen vorhanden ist, dass weiter zweite Antriebsmittel
zum Antreiben einer Magnetisierungskonfiguration längs des Kommunikationsstreifens
vorgesehen sind, die mindestens einen Domänengebietstreifen enthält, der um mindestens
einen Streifen von weiteren Domänengebietstreifen neben dem erwähnten Kommunkationsstreifen
isoliert ist, dass mindestens einem Punkt des erwähnten Kommunikationsstreifens
ein Datenumsetzer zugeordnet ist, und dass die erwähnten zweiten Antriebsmittel
an einen Ausgang einer Erregungsanordnung angeschlossen sind, die zusammen mit dem
erwähnten Stromgeber an Ausgänge einer Steueranordnung angeschlossen ist. An sich
sind derartige zweite Antriebsmittel aus dem herangezogenen Artikel bekannt.
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Durch Vergleichen der Fig. 5 und 7 dieses Artikels stellt es sich
heraus, dass jedoch beim Heraustreten aus dem Gitterbereich die magnetischen Domänen
in ein rückweise höheres Feld eintreten müssen, um die Blasendomänen stabil zu halten.
Dieses Heraustreten ist zum anderen dazu notwendig, die früher erwähnte "freie"
Bewegung zur Detektoreinheit zu erhalten. Aber eine Bewegung gegen ein sich vergrösserndes
Hintergrundmagnetfeld kann nach-
teilig sein. ErfindungsgemässJgibt
es kein Hintergrundmagnetfeld und braucht es also auch nicht ausserhalb des Speichergebiets
der Domänenkonfiguration angebracht zu werden.
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Nachstehend wird die Erfindung näher erläutert, wobei nacheinander
der allgemeine Aufbau einer Speicheranordnung nach der Erfindung, die verschiedenen
Arten in einer Anordnung zu verwendenden Magnetisierungskonfigurationen, das Erzeugen
der Domänenkonfigurationen, das Verschieben der Domänenkonfigurationen und das Extrahieren
der digitale Informationen darin beschrieben werden. Dabei wird die Erfindung an
Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Ubersicht über eine erste
erfindungsgemäs s e Speicheranordnung, Fig. 2 eine Ubersicht über eine zweite erfindungsgemässe
Speicheranordnung, Fig. 3 eine erste Magnetisierungskonfiguration, Fig. 4 eine zweite
Magnetisierungskon-.figuration, Fig. 5 eine dritte Magnetisierungskonfiguration,
Fig. 6 eine vierte Magnetisierungskonfiguration, Fig. 7 eine erste Einzelheit,
Fig.-
8 eine zweite Einzelheit, Fig. 9 eine dritte Einzelheit, Fig. 10 eine vierte Einzelheit,
Fig. 11 eine fünfte Einzelheit, Fig. 12 eine sechste Einzelheit, Fig. 13 eine siebte
Einzelheit, Fig. 14 eine achte Einzelheit, Fig. 15 eine neunte Einzelheit, Fig.
16 einen ersten Generator, Fig. 17 einen zweiten Generator, Fig. 18 einen dritten
Generator, Fig. 19 einen vierten Generator, Fig. 20 einen fünften Generator, Fig.
21 einen sechsten Generator, Fig. 22 einen siebten Generator, Fig. 23 ein zweidimensionales
Domänengebiet.
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Fig. 24 Querschnitte durch eine erfindungsgemässe Anordnung.
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Fig. 1 stellt ein perspektivisches Bild einer erfindungsgemässen
Speicheranordnung dar, die einen Datenumsetzer 1 mit Dateneingabeklemmen 2, eine
Antriebsanordnung 3 mit Antriebssteuerklemmen 4, eine Datenextraktionsanordnung
5 mit Steuerklemmen 6, eine Detektionsanordnung 7 mit einem Dateneingang 7A
und
mit Datenausgangsklemmen 8, eine Platte aus magnetischem Material, in der magnetische
Domänen aufrechterhalten werden können, und eine Schicht aus ferromagnetischem Material
10 enthält, die ein festes Magnetisierungsmuster besitzt, wie weiter unten beschrieben
wird. Weiter besitzt die Speicheranordnung eine Steueranordnung 100 mit einer externen
Datenleitung 101, welche Steueranordnung weiter mit den Klemmen 2, 4, 6, 8 verbunden
ist. Die Leitung 101 kann Daten in zwei Richtungen übertragen und ist beispielsweise
mit einer Benutzeranordnung, z.B. einem Zentralrecher (cpu), der nicht weiter beschrieben
wird, mit einem Kanal bzw. der Kanalsteuereinheit oder mit einer anderen Benutzeranordnung
verbunden. Die empfangenen Informationen können Steuersignale und Datensignale enthalten.
Diese Informationen können nach Datenwörtern, Datenbytes oder auf andere Weise organisiert
sein. In diesem Beispiel arbeitet die Speicheranordnung wie ein "zuerst-hineinzuerst-heraus"-
(FIFO)-Pufferspeicher. Die empfangenen Informationen können beispielsweise ein Schreibsteuersignal
und ein Datenwort enthalten. Die Steueranordnung 100 kann darauf das Datenwort auf
bekannte Weise in einem Datenregister speichern, und es zum Datenumsetzer 1 weiterleiten,
gegebenenfalls unter der Verwendung von Series/Paralleltechniken. Der Datenumsetzer
1 gibt
darauf Magnetisierungssignale zum Beeinflussen der Magnetisierungskonfiguration
in einem streifenförmigen Gebiet der Schicht aus magnetischem Material 9.
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Die detaillierte Beschreibung der betreffenden geometrischen Magnetisierungsmuster
wird weiter unten gegeben.
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Nachdem auf diese Weise die Informationen in einem Streifen der Schicht
9 geschrieben sind, liefert die Antriebsanordnung 3 unter der Steuerung von Signalen
an den Klemmen 4 der Steueranordnung 100 derartige Magnetfeldsignale, dass die Folge
der gebildeten Informationen über eine Periode der in der Richtung A-B periodischen
Magnetisierung der dauerhaften (ferro)-magnetischen Schicht 10 nach rechts angetrieben
wird.
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Die genaue gegenseitige Lage der Anordnungen 1 und 3 wird weiter
unten beschrieben. In bezug auf die Anordnung 1 ist dabei eine volle Periode der
Operation beendet, so dass ein neuer Informationsstreifen unter der Steuerung geeigneter
Signale an den Klemmen 2 gespeichert werden kann. Danach werden die beiden Streifen
über eine Periode der Struktur in der Schicht 10 nach rechts angetrieben. Darauf
kann wieder eine folgende Periode anfangen. Es ist möglich, dass in einer bestimmten
Periode keine Informationen in der Schicht 9 geschrieben werden. Dies kann übrigens
beispielsweise der Nullinformation (000...0) identisch
sein. Wenn
nach einer Periodenanzahl mit einer derartigen Steuerung ein Streifen der Magnetisierungskonfiguration
der Schicht 9 die Extraktionsanordnung 5 erreicht, kann sie unter der Steuerung
der Steuersignale, die aus der Steueranordnung 100 auf den Leitungen 6 empfangen
werden, die in einem Streifen der Magnetisierungskonfiguration der Schicht 9 verkörperten
Informationen in Richtung der Detektionseinheit 7 extrahieren. Die Art dieser Extraktion
wird weiter unten beschrieben. Die Informationen passieren somit: die Verbindung
7A. Die Detektionseinheit setzt die empfangenen Informationen in Datensignale, beispielsweise
in elektrische Impulse, um und gibt diese Signale an die Ausgangsklemme 8 weiter.
Diese Signale können in der Steueranordnung 100 entweder über die externe Datenleitung
101 weitergeleitet werden oder über die Leitungen 2 möglicherweise unter Anderung
durch auf der Leitung 101 in der Steueranordnung 100 der Benutzeranordnung empfangene
Signale erneut gespeichert werden. So ist also eine ringgekoppelte Pufferspeicheranordnung
gebildet. Die genaue gegenseitige Lage der Elemente 1, 3, 5, 7 wird weiter unten
besprochen.
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Die Anordnung kann auf mehrere Weisen geändert werden. So kann eine.verhältnismässig
grosse Platte 9 aus magnetischem Material und darauf
mehrere Extraktionsanordnungen
5 vorgesehen sein.
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Sie sind dabei durch eine Antriebsanordnung 3 jeweils voneinander
getrennt. Dabei können die Informationen an mehreren Stellen von der Platte 9 bezogen
werden. Bei der Extraktion kann einerseits ein Teil der Magnetisierungskonfiguration
vollständig in Richtung BC angetrieben werden. Dabei erfolgt also Detektion an einer
Seite. Zum anderen können auch die Informationen eines Streifens der Magnetisierungskonfiguration
daraus parallel entnommen werden. Dabei können die Anordnungen 5 und 7 somit beispielsweise
einen Parallel/Serienumsetzer und einen impulsumsetzer enthalten. Zum anderen können
die Informationen auch seriell in das Magnetisierungsmuster der Schicht 9 eingef<ahrt
werden, wonach der betreffende Streifen an der Stelle der Anordnung 1 in Richtung
OB zu seiner endgültigen Position angetrieben wird. Die Detektion der Magnetisierungskonfiguration
kann auch über ein zweidimensionales Gebiet in einer parallelen Betriebsart erfolgen.
In diesem Zusammenhang bedeutet zweidimensional, dass beide Abmessungen eines Gebiets
in bezug auf einen weiter unten zu beschreibenden genormten Blasen-Domänendurchmesser
gross sind.
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Fig. 2 gibt eine Uebersicht über eine erfindungsgemässe zweite Speicheranordnung.
Bei dieser Ausführung sind die Magnetisierungskonfigurationen in
bezug
auf die Schicht aus magnetischem Material stationär. Die Speicheranordnung enthält
eine Steueranordnung CONTR mit einem Signaleingang 100, einer Lichtquelle LASER,
einem Polarisator POL, einem Modulator MOD, einem Prisma PRI, einem einstellbaren
Spiegel 104, einer Einstellanardnung DRI, einem Positionsbestimmer SE, einer Speicherscheibe
aus magnetischem Material 203 mit einer Unterschicht 202, einer Antriebsanordnung
MOT, einem Analysator ANAL, einem Detektor DET, und einer Signalausgangsklemiiie
201. Die Scheibe 203 eignet sich zum Aufnehmen von Daten in Form magnetischer Domänen,
wobei die Informationen längs konzentrischer Spuren organisiert sind.
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Die Scheibe kann aus einer einzigen kristallinen Platte bestehen.
Zum anderen kann sie auch aus einer Anzahl von Kristallen bestehen, die beispielsweise
je einen Sektor der Platte oder wieder einen Teil davon füllen. Die Schicht 202
erfüllt zunächst die Funktion der Befestigung. Dazu enthält sie zunächst eine Schicht
mit einer Dicke von beispelsweise 3 mm aus einem starken Kunststoff. Diese Schicht
ist nicht gesondert dargestellt. Weiter enthält die Schicht 202 eine Schicht aus
dauerhaftem ferromagnetischem Material, wodurch in der Schicht 203 eine nachstehend
zu beschreibende Magnetfeldkonfiguration aufrechterhalten
wird.
Eine in der Platte 203 vorhandene Konfiguration magnetischer Domänen bzw. von Hintergrundgebiet
ist dadurch stabil. Die Schicht 202 (die gegebenenfalls noch weitere nicht erwähnte
Unterschichten enthält) dreht sich mit der Schicht 203 mit gleichförmiger Geschwindigkeit
unter dem Antrieb von der Antreibsanordnung MOT über eine gestrichelt dargestellte
Achse.
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Die Leitung 205 ist in zwei Richtungen wirksam, wodurch sich eine
Regelschleife bildet und die Antriebsanordnung MOT auf eine Normalgeschwindigkeit
eingestellt ist.
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Wenn die Abweichung von der Norinalgeschwindigkeit zu gross ist, empfängt
die Steueranordnung CONTR ein Sperrsignal auf der Leitung 205. Beim Lesen empfängt
die Klemme 200 einer nicht dargestellten Benutzeranordnung eine Addresseninformation,
durch die eine bestimmte Radialposition oder eine Anzahl von Radialpositionen addressiert
ist. Die Addresseninformation gelangt an die Einstellanordnung DRI. Sie versorgt
die Einstellung des Spiegels 204, der um eine Achse drehbar ist, die senkrecht auf
der Zeichenebene steht. Dadurch ist ein Lichtstrahl gemäss der Zeichnung über einen
vorausbestimmten Winkel digital ablenkbar, so dass die gealünschte Radialposition
addressiert wird.
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Die Lichtquelle LASER strahlt ununterbrochen Licht aus, das der Polarisator
POL pola-
risiert und nötigenfalls der Modulator MOD unter der
Steuerung von Signalen auf der Leitung 206 moduliert.
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Zunächst kann der Modulator erst entsprerrt werden, wenn eine Leseoperation
durchgeführt werden muss und wenn ausserdem der Spiegel 204 auf der entsprechenden
Spur positioniert ist. Diese letzte Signalisierung ist nicht dargestellt. Weiter
kann auch eine Tangential-200 adresse auf der Klemme gso empfangen werden, wodurch
nur ein bestimmter Sektor einer Spur gelesen wird. Der Detektor DET empfängt Taktimpulsinformationen
aus der Steueranordnung CONTR. Dabei ist synchrone Detektion der Informationen der
passierenden Domänenkonfiguration möglich. Das polarisierte und modulierte Licht
der Lichtquelle LASER erreicht über das Prisma PRI und den einstellbaren Spiegel
204 die Platte aus magnetischem Material 203, die durchsichtig ist. Zwischen den
Schichten 203 und 202 befindet sich noch eine nicht dargestellte spiegelnde Schicht.
In der Schicht 203 ist die auftretende Faraday-Rotation des polarisierten Lichtes
vom Auftreten einer Domäne oder eines Itintergrundgebiets abhängig. Das Licht reflektiert
an der Grenzfläche der Schichten 203 und 202 und erfährt in der Schicht 203 andermal
eine Faraday-Rotation.
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Anschliessend erreicht es über den Spiegel 204 wiederum das Prisma
PRI. Dieses Prisma enthält einen nach der
dargestellten Diagonale
angeordneten halbdurchlässigen Spiegel. Darauf erreicht das reflektierte Licht über
den Analysator ANAL den #etektor DET. Durch die Signale auf der Leitung 205 kann
auch eine Winkelposition der Scheibe indiziert sein. Dabei können auf dieser Basis
die Signale auf den Leitungen 206 und 207 jeweils gerade den (möglichen) Positionen
einer bestimmten Domänenkonfiguration entsprechen, um diese Eppfindlichkeit für
Rauscheffekte herabzusetzen. Die Einstellanordnung kann noch aus dem Positionsbestimmer
SE Signale empfangen, wodurch eine Feinstellung möglich ist. Einerseits kann diese
Feinstellung den Abstand zur Speicherscheibe 202/203 enthalten. Weiter kann sie
auch die Feinstellung auf die entsprechende Spur betreffen über die Leitung 208
wird auch dann eine Regelsohleife gebildet. Der Polarisator POL und der Dialysator
ANAL lassen Licht einer bestimmten Polarisationsrichtung nahezu tollständig durch
und halten Licht mit einer Polarisationsrichtung senkrecht darauf nahezu vollständig
zurück. Die Positionen der Elemente POL und ANAL werden derart gewählt, dass ein
ausreichender Kontrast zwischen den durchgelassenen Lichtmengen beim Durchgang längs
eines Punktes auftritt, an dem eine Domäne vorhanden ist, und längs eines Punktes,an
dem
keine Domäne auftritt. Die Anordnung DET kann weiterhin eine
Niveautrennstufe enthalten, die ein O-bzw.
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"1"-Signal abgeben kann. Dieses Signal erscheint dabei am Signalausgang
201 zum Zuführen an die erwähnte Benutzeranordnung. Da das Auftreten einer Domäne
bzw.
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eines Hintergrundgebiets eine Digitalinformation ist, bleibt stets
ein bestimmtes Gebiet für die vom Detektor DET als #O bzw. 1 zu erkennende Signalamplitude
verfügbar. Dadurch ist für die verschiedenen Elemente des Systems eine Toleranz
möglich. Ein anderes Verfahren des Systems ist, dass der Detektor einen differenzierenden
Eingang hat, wodurch gerade jeweils die Ubergänge zwischen Domanengebiet und Hintergrundgebiet
detektiert werden. Beim Schreiben kann das System auf entsprechende Weise wirksam
sein, mit Ausnahme des Analysators ANAL und des Detektors DET. Die physikalischen
Mechanismen beim Schreiben werden jedoch weiter unten näher erläutert Die verschiedenen
Magnetisierungskonfigurationen.
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Fig. 3 stellt eine erste Magnetisierungskonfiguration der Schicht
9 nach Fig. 1 dar. Die Magnetisierung ist in der Figur durch den Faraday-Effekt
sichtbar gemacht. Wir können den dunklen Bereich beispielsweise als magnetische
Domänen, den hellen Bereicl
als Hintergrundgebiet definieren, aber
diese Wahl ist beliebig. Die Grenzlinien in der Figur sind also quer zur Ebene der
Platte stehende Grenzflächen. Die so sichtbaren Grenzlinien sind entweder in sich
geschlossen oder sie enden auf eine oder die andere Weise am Rand der Platte aus
magnetischem Material. Diese letzte Möglichkeit wird jedoch ausser Betracht gelassen.
In diesem Beispiel war eine Trägerschicht aus Gallium-Gadolinium-Granat (GGG) benutzt,
die u.a.
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die Festigkeit versorgt. Durch Epitaxie in der flüssigen Phase (LPE)
war darauf eine mit Lanthan und Gadolinium dotierte Schicht aus Yttriumeisengranat
(YIG) gezüchtet. Die Zusammensetzung war Y2,8'7La0,13Fe3,79 Ga 1,21012 Diese Schicht
hatte eine Dicke von 2,7 Mikrometer und dient zum Aufnehmen der Konfigurationen
magnetischer Domänen. Ohne externe magnetische Mittel tritt in einer derartigen
Schicht ein ziemlich belgien big geordnetes Streifenmuster auf, wobei aufeinanderfolgende
Streifen abwechselnde Magnetisierungsrichtungen aufweisen. In diesem Falle war die
Breite dieser Streifen gleich 6 Mikrometer. Die Form des erwähnten Streifenmusters
wurde auch durch Kristallfehler und durch Verunreinigungen bestimmt, die fast immer
vorhanden sind. Die Inplosionsfeldstärke betrug 28 0ersted: bei dieser Feldstärke
wird die ganze Platte in
einer Richtung magnetisiert. Die magnetische
Länge hatte einen Wert von 0,97 Mikrometer. Diese Länge ist als das Verhältnis zwischen
der Domänenwandenergle pro Einheit der Wandoberfläche und der magnetostatischen
Energie pro Einheit des Materialvolumens definiert (siehe A.H. Bobeck et al, Magnetic
Bubbles, North Holland, Amsterdam, 1975, Seite 2, Zeile 28 ff.).
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Die Grösse 4 t Ms hatte einen Wert von 130 Oerstedt.
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Nach Fig. 3 gibt es im wesentlichen zwei verschiedene Magnetisierungskonfigurationen.
So besteht die ungestörte (datenfreie) Konfiguration aus Streifen, die in der Richtung
DE verlaufen. Aufeinanderfolgende Streifen weisen abwechselnde, quer zur Zeichenebene
gerichtete Magnetisierungen auf, die mit Hilfe eines Diagramms rechts in der Figur
angegeben ist. Unter quer sei "senkrecht auf" und seien beschränkte Abweichungen
von dieser Stellung verstanden, wie in der Technik der Magnetisierung üblich ist.
Die Breiten der scharzen und weissen Streifen sind in der Richtung E-F ungefähr
gleich und entsprechen ungefähr dem Durohmesser einer isolierten und stabilen Magnetblase
im benutzten Material bei einem Vorspannungsmagnetfeld, das halbwegs zwischen dem
Impulsionsfeld (Vernichtungsfeld) und Auslauffeld (run-uut) quer zur Zeichen- und
Plattenebene steht. Die Streifenbreiten haben hier
ungefähr die
gleiche Grösse wie die der früher genannten Streifenbreiten-im-Gleichgewicht. Das
-Muster paralleler Streifen ist nicht ganz stabil unter dem Einfluss von Abweichungen
im Plattenmaterial. Zum anderen ist die Unstabilität auch nicht -sehr gross, da
die abstössenden Kräfte zwischen Streifen mit gleichartiger Magnetisierungsrichtung
stabilisierend arbeiten. Ausserdem ist eine geringe Wandlänge energetisch vorteilhaft.
Die Domänenwände weisen einen Effekt auf, der analog der Oberflächenspannung von
Flüssigkeiten ist. Schliesslich arbeiten diebereits erwähnten Kristallfehler in
vielen Fällen so, dass sich eine Domänen/Hintergrundgebietswand nur schwer entlang
bewegen kann (pinning points). Oft ist dabei ein einmal gebildetes Muster paralleler
Streifen einigermassen stabil, auch ohne weitere Massnahmen.
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Bei der Verwendung einer Schicht mit magnetisierungskonfiguration
gemäss der Beschreibung in einer Speicheranordnung wird die Magnetisierungskonfiguration
durch eine Schicht aus dauerhaftem ferromagnetischem- Material stabilisiert, die
an der Sdicht auf Yttriumeisengranat angebracht ist. Sie kann ein Magnetband sein,
das auf bekannte Weise ferromagnetische Körnereithält, die in einer Schicht möglicherweise
flexiblen Kunststoffes eingebettet sind. Die
Körner haben Abmessungem,
die in bezug auf die Periodizität in der Richtung EF der Magnetisierungs konfiguration
der Schicht für die Datenspeicherung gering sind. Die stabilisierende Schicht kann
auch eine kontinuierliche Struktur aufweisen, beispielsweise dadurch, dass sie durch
Aufdampfen hergestellt ist. Das Magnetisieren des Magnetbandes oder einer geeigneten
steifen Platte erfolgt auf bekannte Weise.
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Es kann ein Schreibkopf mit einem Schreib spalt benutzt werden, der
sich in Richtung DE erstreckt, sich mit gleichförmiger Geschwindigkeit in Richtung
EF in bezug auf das Band fortbewegt und von geeigneten impulsförmigen Stromsignalen
angesteuert wird. Die Magnetisierung des Bandes hat darauf eine abwechselnde Richtung
mit schmalen Ubergangszonen zwischen diesen Gebieten.
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Die Magnetisierung kann stellenweise erfolgen, also in einer Richtung
nach Fig. 1, wobei der Schreibkopf unter der Platte 10 bewegt wird. Andererseits
kann die ferromagnetische Schicht auch an anderer Stelle vormagnetisiert werden.
In diesem Zusamnienhang zeigt Fig. 24 einen Schnitt durch die magnetischen Schichten.
Die Schicht 210 ist die stabilisierende Schicht aus dauerhaftem magnetischem Material;
sie enthält quer zur Zeichenebene verlaufende Streifen. Sie sind in der Figur abwechselnd
nach links und nach rechts magnetisiert.
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Die Schicht 211 enthält die Magnetisierungskonfiguration, in der Informationen
gespeichert werden können. Die Domänentrennwände sind darin gestrichelt dargestellt.
Die Magnetisierung in der Schicht 211 ist abwechselnd nach oben und.nach unten gerichtet.
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Die magnetische Struktur dieser Domänentrennwände ist nicht dargestellt.
Sie kann der der sogenannten "weichen" Magnetblasen entsprechen. Die erwähnten Domänentrennwände
fallen ungefähr mit der Mitte der betreffenden magnetisierten Streifen in der Schicht
210 zusammen.
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Der Zweck und der Funktion der Schicht 212 werden weiter unten näher
erläutert. Die Schichten 210 und 211 können in einer Richtung quer zur Zeichenebene
eine magnetische Feinstruktur aufweisen. Auch dies wird näher erläutert.
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In Fig. 3 enthalten die Streifen nahe E der Platte aus ferromagnetischem
Material keine Informationen. Die Streifen nahe F (wenigstens die dunklen) enthalten
dagegen schon Informationen.
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Abweichungen wie nahe M werden bei Fig. 6 beschrieben.
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Die informationhaltigen Streifen enthalten eine Anzahl von Trennwandaaren,
die mehr oder weniger in der Richtung EF verlaufen und so eine Unterbrechung in
einem "dunklen" Streifen bilden. In der Richtung DE folgen derartige Unterbrechungen
einander mit Abständen
auf, die im allgemeinen Vielfache eines
Basisabstandes bilden. In der Figur ist dieser Basisibstand annähernd gleich den
Breiten der dunklen (und hellen) Streifen in de Bereichen, in denen sie keine Informationen
enthalten. An der Stelle einer Unterbrechung in einem dunklen Streifen wird dieser
stellenweise stwas berbreitert. Dies tritt am deutlichsten zu Tage, wenn zwei Unterbrechungen
in einem einzigen erwähnten aufeinander Basisabstand/folgen. Der Grund dazu ist,
dass beim Fehlen eines groben Hintergrundmagnetfeldes beide Magnetisierungsrichtungen
in der Platte ungefahr gleiche Teile darin umfassen müssen. Durch eine Unterbrechung
in einem Streifen wird hier die helle Oberfläche vergrössert, was an anderer Stelle
wieder verkleinert werden muss. Die Form der Abrundungen wird wiederum durch die
Eigenschaften der Domänenwände bestimmt, die einer Oberflächenspannung analog sind.
-
In der Fig. 3 können die Unterbrechungen in zwei benachbarten dunklen
Streifen alternierend angeordnet sein, d.h. in der Richtung DE über einen halben
Basisabstand weitergeschoben. Eine andere Möglichkeit ist, dass sie an einander
gegenüberliegenden Positionen auftreten (können). Auch andere gegenseitige Positionierung
kann manchmal vorteilhaft sein. Die Stellen, an denen eine Unterbrechung in einem
dunklen
Streifen auftreten kann, bilden so Elemente eines regelmässigen Gitters. Inzwischen
ist es möglich, auch die hell angegebenen Streifen durch Unterbrechungen mit Informationen
zu bestücken. Es ist sogar möglich,beide Kodierungsarten ohne störende Wechselwirkung
zusammen anzuwenden, wie deutlichkeitshalber bei M dargestellt ist. Die Erzeugung
und Detektion der Domänenkonfigurationen werden sich der Geometrie anpassen müssen.
Die Magnetisierung der Schicht 10 enthält eine Anzahl von Parametern, wodurch die
Verwendung der Schicht 9 mit bestimmt wird. Zunächst muss die Koerzivkracht dieser
dauermagnetischen Schicht hoch genug sein. Sie kann beispielsweise einem Wert von
ungefähr 200 Oerstedt entsprechen.-Dies gewährleistet, dass eine darin einmal angebrachte
Magnetisierung nicht leicht geändert wird. Weiter ist die in die Schicht 9 induzierte
Feldstärke wichtig. Die Amplitude ihrer Komponente quer zur Platte 9 variiert in
Richtung F etwa sinusförmig. Das Vorzeichen der Spitzen entspricht der Magnetisierung
in der Domänenkonfiguration. Wenn nunmehr der Spitzenwert über einer stellenweise
entsprechenden Implosionsfeldstärke liegt, sind die Unterbrechungen eines magnetisierten
Streifens verboten und ist somit keine Datenspeicherung möglich. Dieser Pegel kann
sich von der früher erwähnten Implosi'onsfeldstärke unter-
scheiden,
denn diese bezog sich auf eine isolierte Blasendomäne. Eine Untergrenze für die
Feldstärke wird dadurch gegeben, dass die in Fig. 3 dargestellte Regelmässigkeit
unter allen Umständen beibehalten bleiben muss. Es zeigt sich, dass vorteilhafte
Werte im Gebiet zwischen 10 und 25 Oerstedt liegen. Die Lage des Arbeitsgebiets
wird durch die' früher erwähnten magnetischen Parameter der Schicht 9 und durch
die Verwendungsweise der Speicheranordnung bestimmt.
-
Verhältnismässig niedrige Werte werden gewählt, wenn die Domänenkonfiguratinn
in der Platte 9 angetrieben wird : ein kräftig stationäres Feld erschwert den Transport
der Domäneninformationen. Verhältnismässig hohe Werte werden bei einer in bezug
auf die Schicht aus magnetischem Material stillstehende Domänenkonfiguration gewählt.
Im veranschaulichten Fall wurde das Antreiben bei Spitzenfeldern von etwa 50 Oerstedt
unmöglich (die Konfiguration ist also gegen höhere Feldmaximen stabil als das (uniforme)
Implosionsfeld für eine isolierte Blase). In diesem Zusammenhang gibt der herangezogene
Artikel von Calhoun an, dass der Stabilitätsbereich eines Gitters Magnetblasen in
einem einheitlichen Magnetfeld eine fünffach niedrigere kennzeichnende Feldstärke
erfordert als der Bereich für eine isolierte EpäIte#'magnetischer Blasen. Es handelt
sich ~jedoch um
ein einheitliches Magnetfeld und somit um ganz
andere Mechaniszen. In der erfindungsgemässen Konfiguration haben aufeinanderfolgende
Streifen mit abwechselnd gerichteter Magnetisierung eine stabilitätsverstärkende
Wirkung. Der zweite wichtige Parameter des Magnetisierungsmusters ist die Periode
der abwechselnd magnetisierten Streifen. Ein vorteilhaftes Gebiet hat Streifenbreiten,
die nahezu gleich den Streifenbreiten im unge#örten Zustand ohne weitere magnetische
Mittel sind, also im betreffenden Fall etwa 6 Mikrometer und somit eine Periode
von 12 Mikrometer.
-
Die Streifenbreiten können grösser oder kleiner sein, aber wenn die
Abweichung vom Gleichgewichtswert zu gross ist, muss die Amplitude des extern angelegten
Magnetfeldes vergrössert werden. Die Folge davnn ist wieder, dass Antrieb der Domänenkonfiguration
schwierig oder gar unmöglich wird.
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Fig. 4 stellt einezweite Magnetisierungskonfiguration dar. In diesem
Fall sind wiederum Streifen mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung vorhanden;
sie bilden jetzt jedoch konzentrische Spuren.
-
Die Unterbrechungen befinden sich an festen, periodisch geordneten
Tangentialpositionen. Das externe Magnetisierungsmuster zeigt dabei ebenfalls radial
aufeinanderfolgende Streifen mit Magnetisierungen, die in der dem
Element
10 entsprechenden Schicht abwechselnd zur Mitte 213 hin und davon abgerichtet sind.
Das zu verwendende Gebiet der Scheibe ist beispielsweise durch die Kreise 214 und
215 begrenzt. Im allgemeinen werden eine Vielzahl konzentrischer Spuren erfolgen.
-
Der Durchmesser des Kreises 215 ist beispielsweise 30 cm, der des
Kreises 214 beispielsweise 23 cm, während die Perioden und somit die Spurbreite
nahe 12 Mikrometer liegen kann; dies gibt nahezu 5000 Spuren. Jede Spur kann ungefähr
1,5 x 105 Unterbrechungen Platz bieten, so dass die Scheiben dann 109 Bits Platz
bietet. Durch eine kleinere Periode lässt sich die Kapazität weiter vergrössern.
In obiger Beschreibung können wiederum Mittel für die Tangentialstabilisation zugesetzt
werden. Sie werden weiter unten beschrieben. Weiter können Zentrier- und Spurfolgemittel
vorgesehen sein. Sie können auf bekannte Weise verwirklicht sein, beispielsweise
durch die optischen Eigenschaften optisch detaillierbarer Ausnehmungen, beispielsweise
in einer Anzahl konzentrischer Spuren mit Grübchen. Die Einstellung von Lese-und/oder
Schreibeelementen ist beispielsweise in der DE-PS ?3 20 477 der Anmelderin beschrieben.
-
Fig. 5 gibt eine dritte Magneti-
sierungskonfiguration
der Schicht 9 nach Fig. 1.
-
Dabei ist die Periode der Magnetisierungskonfiguration der Schicht
10 grösser gewählt, wie neben der Figur angegeben ist. Die Positionierung und Präparierung
der Schicht 10 erfolgt wieder auf die frühercbeschriebene Weise. Auch in Fig. 5
ist die Oberfläche der hellen Streifen ungefähr gleich der der dunklen. Durch die
grössere Periode der magnetisierten Streifen in der Schicht 10 ist die Stabilität
gerade verlaufender Domänenwände verringert. Einerseits kann' durch das Vergrössern
der Feldamplitude diese Stabilität wiederhergestellt werden, wie bereits bemerkt
wurde. Aber in dieser Ausführung wurde gerade die geänderte Stabilität ausgenutzt.
Es i deutlich eine Neigung zu mäandernden Streifenwänden nachweisbar. Die Längsperiode
der Mäander beträgt -etwa zweimal die Mindestbreite eines Streifens. Die Querabmessung
einer Aläanderperiode (in Richtung HI) ist ungefähr 12-bis 2-mal diese minimale
Breite. Weiter sind diese äander mit Streifen verbunden, die übrigens im wesentlichen
parallel zur Richtung GH verlaufen. Ausstülpungen aufeinanderfolgender, beispielsweise
dunkler Streifen können jeweils an den gleichen Positionen längs der Richtung GH
vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass sie alternierend auftreten und
also stets um eine
Halbperiode versetzt sind. Die in der Magnetisierungskonfiguration
verkbrperte Information kann in der Anzahl aufeinanderfolgender Ausstülpungen eines
einzigen Streifens, beispielsweise eines dunklen Streifens, liegen. Die Aufeinanderfolge
von Ausstülpungen zweier benachbarter Streifen kann auf entsprechende Weise ein
Muster von Nullen und Einsen ausdrücken. Die mögliche Stabilität gerader Domänenwände
in diesem Fall wird durch die Domänen bei K und L ausgedrückt. Die Domäne L besitzt
eine derartige gerade Wand, dass drei mehr oder weniger gerade Domänenwände einander
auffolgen.
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Die Domäne bei K besitzt zwei gerade Domänenwänden, auf die an beiden
Seiten die sich von den beiden benachbarten Domänen erstreckenden Ausstülpungen
gerichtet sind.
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Fig. 6 zeigt eine vierte Magnetisierungskonfiguration (siehe weiter
das Gebiet bei TZ in Fig. 3). Hier sind namentlich die verschiedenen in obiger Beschreibung
herangezogenen Möglichkeiten zu Ausstülpungen und Unterbrechungen ausgedehnter verwendet.
Die Periode der Magnetisierungskonfiguration der Schicht 10 entspricht wiederum
der Periode der dunklen und hellen Streifen, die im wesentlichen in der Richtung
NO verlaufen. Diese Streifen können wie in Fig. 3 unterbrochen sein. Beim Auftreten
zweier Unter-
brechungen eines Streifens in kurzem Abstand voneinander,
bildet in diesem Falle der zwischenliegende Abschnitt entweder eine Ausstülpung
einer der benachbarten Bahnen auf gleiche Weise wie bei Fig. 5 beschrieben, oder
der zwischenliegende Abschnitt ist durch mindestens eine Brücke mit mindestens einem
benachbarten Streifen der gleichen Art verbunden. In diesem Zusammenhang kann eine
Anzahl von Streifen jeweils mit dem folgenden Streifen verbunden sein: es hat den
Anschein, ob das ganze Muster dort einen Schritt über eine Periode der periodischen
Konfiguration quer zur Richtung NO macht. Es ist weiter möglich, dass sich eine
Art Querbahn bildet, die an der Stelle der entsprechende (hellen oder dunklen) Streifen
in Richtung NO eine Ausstülpung aufweisen. In diesem Zusammenhang geben die Fig.
7 ... 15 Einzelheiten der Magnetisierungsmuster.
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Fig. 7 stellt eine Unterbrechung in einem Streifen dar (hier dunkel
schraffiert). Eine derartige Unterbrechung kann eine binäre 1 darstellen.
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Das externe Magnetfeld ist an der Stelle des erwähnten Streifens ungenügend
für das Implodieren der Unterbrechung. Die Abrundungen der Unterbrechung werden
durch zwei sich entgegenwirkende Kräfte bestimmt. Einerseits versucht das extern
angelegte Magnetfeld die
Unterbrechung einzuengen. Zum anderen
neigen die schraffiert dargestellten Gebiete durch Entmagnetisierung nach einer
möglichst kurzen Domänen/ Hintergrundgebiet-Trennwand analog einer Oberflächenspannung.
Dadurch würde sich die Unterbrechung gerade verbreitern.
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Fig. 8 zeigt zwei efeinanderfolgende Unterbrechungen in einem Streifen,
zu welchem Zweck also vier sich in Richtung des Streifens aufeinanderfolgende Domänentrennwände
vorhanden sind. Eine derartige Konfiguration kann eine Binärinformation 11 darstellen.
-
Dabei kann eine dieser "1"-Informationen noch als Ortsbestimmer für
eine oder mehrere andere Unterbrechungen auf gleiche Weise benutzt werden, wie für
Digitalkodes manchmal eine Obergrenze an die einanderdirekt auffolgenden Informationen
"O" gestellt wird. Eine fehlende Unterbrechung stellt hier also den Digitalwert
"O" dar. Der isolierte Abschnitt in Fig. 8 verhält sich einerseits wie eine isolierte
Magnetblase, beispielsweise durch die Wirkung der bereits erwähnten Oberflächenspannung.
Durch diese Oberflächenspannung wird der isolierte Abschnitt nicht implodieren.
Dafür sorgen das externe Magnetfeld, und weiter die inwendigen Energie der Magnetisierung
in diesem Gebiet: denn ohne externes Magnetfeld wird eine Domäne auch nicht implo-
dieren.
Weiter weicht die Form ziemlich von der Kreisform dadurch ab, dass die angrenzenden
Abschnitte des gleichen Streifens und die aufeinanderfolgenden anders magnetisierten
Streifen eine drückende Wirkung haben: dadurch-entsteht Abflachung und liegt die
Form zwischen die eines Kreises bzw. einer Ellipse und die eines Vierecks bzw. eines
Rechtecks.
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Fig. 9 zeigt das Gegenstück zur Fig. 7 in Form einer Unterbrechung
eines hell dargestellten Streifens. Auf diese Weise kann auch ein derartiger hell
dargestellter Streifen Informationen enthalten, wobei die Elemente nach Fig. 7 und
die nach Fig. 9 unabhängig voneinander in der gleichen Schicht aus magnetischem
Material auftreten können. Auf andere Weise könnte das Bild der Fig. 9 durch Eingriffe
in den Polarisator und Analysator erhalten werden.
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Fig. 10 zeigt in beiden von zwei aufeinanderfolgenden Streifen eine
Unterbrechung. Die aufeinanderfolgenden Unterbrechungen liegen jetzt um etwa eine
halbe Streifenbreite auseinander. Auch diese Konfiguration kann wie die in Fig.-
8 die Information-"-1 1" darstellen, aber it in Richtung des Streifens gedrängter
angeordnet. Jetzt ist für zwei Bitinformationen nur ungefähr eine #Längenabstand
erforderlich, der ungefähr gleich der Breite eines Streifens ist.
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Die Unterbrechung im hell dargestellten Streifen stellt auch in diesem
Fall eine Abflachung dar.
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Weiter wird die Form des Ubergangs zwischen einer Unterbrechung in
einem dunklen Streifen-und einer Brücke über einen helleren Streifen stark durch
den Ubergang des Magnetisierungsmusters beeinflusst, das von der Erromagnetschicht
gesteuert wird. Diese Übergänge und Ansätze verlaufen fliessen#', sind aber nicht
durch einen einfachen mathematischen Zusammenhang darstellbar, Fig. 11 zeigt davon
eine Erweiterung dadurch, dass der dunklere Streifen zwei Unterbrechungen aufweist,
während der auf diese Weise isolierte Zwischenabschnitt durch eine Brücke mit dem
folgenden dunkel dargestellten Streifen verbunden ist.
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Fig. 12 gibt davon wiederum eine Erweiterung dadurch, dass der isolierte
Zwischenabschnitt durch Brücken mit den beiden angrenzenden dunklen Streifen verbunden
ist. In dieser und folgenden Konfiguratiouaii ist es möglich, dass beispielsweise
die Unterbrechungen ir den dunklen Streifen die-Informationen (O, 1) enthalten.
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Die Unterbrechungen in den hell gezeichneten Streifen können dabei
auch oder ausschliesslich dazu dienen, die Stellen, an denen in benachbarten Streifen
eine Bitstelle (für 1 oder 0) vorhanden ist, anzugeben. In den
Konfigurationen
nach Fig. 10 und folgende tritt eine Phasenverschiebung zwischen aufeinanderfolgenden
Streifen auf : die "Brücken" über einen hellen Streifen sind in bezug auf die Stellen
für eine mögliche Unterbrechung in einem dunklen Streifen um eine Halbperiode versetzt.
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Unterbrechungen in dunklen Streifen können also leicht an Gitterstellen
eines rechteckigen Gitters vorhanden sein. In Konfigurationen, die auf Fig. 8#dadurch
weiterbauen, dass ausschliesslich die dunklen Streifen unterbrochen sind (sein können)
gibt es mehrere Möglichkeiten, weil nur eine geringe Kopplung zwischen dem Unterbrechungsmuster
in aufeinanderfolgenden Streifen besteht. An erster Stelle können die Unterbrechungspositionen
in aufeinanderfolgenden Streifen stets um eine Halbperiode versetzt sein. Eine derartige
Periode wird also in Fig. 8 als die Länge der Streifenrichtung des isolierten Abschnitts
vermehrt mit der Abmessung einer Unterbrechung gefunden. Die zusätzliche Stabilisierungsbedingung
wird dadurch erfüllt, dass derartige isolierte Abschnitte normalerweise etwas breiter
sind als ein ungestörter Streifen und sich die Streifen mit gleicher Magnetisierungsrichtung
(sowie isolierte Abschnitte davon) auf die Art magnetischer Dipolkonfigurationen
abstossen. Zum anderen können auch beim Auftreten ausschliesslich von Unterbrechungen
in einer der
beiden Streifenarten diese Unterbrechungen ein rechteckiges
Gitter bilden. Wie weiter unten beschrieben kann die Stabilität durch externe Mittel
aufrechterhalten werden.
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Fig. 13 zeigt ein kompliziertes Muster für drei aufeinanderfolgende
Streifen, wobei die äussersten "dunklen" unterbrochen und zwei der Abschnitte durch
eine Brücke mit einander verbunden sind. Die Unterbrechungen liegen an je einer
anderen Seite der Brücke. Das Inforrnationsmuster kann als 10/ 1/01 dargestellt
werden.
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Fig. 14 stellt ein etwas abgeändertes Magnetisierungsmuster dar.
Die Unterbrechungen befinden sich jetzt an der gleichen Seite der Brücke und das
Informationsmuster kann als 10/1/10 dargestellt werden.
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Fig. 15 zeigt wieder ein anderes Magnetisierungsmuster, bei dem an
einer Seite ein isolierter Abschnitt durch eine Brücke mit einem selbst wieder unterbrochenen
Streifen verbunden ist. Die Information kann als 11/1/10 dargestellt werden. Auch
in den Fällen der Fig. 13 r.. 15 können bestimmte Unterbrechungen/Brücken zum Festlegen
der Gitterpunkten dienen, um spätere Detektion zu gewährleisten. In bestimmten Fällen,
beispielsweise wie in Fig. 3, 4, 5,
wird nur ein Teil der Anzahl
möglicher Unterbrechungen/ Brücken mit weiter unten zu beschreibenden Vorteilen
benutzt. Im Falle nach Fig. 5 kann die Querabmessung der Streifen relativ klein
sein und die Information kann nach Fig. 11 gespeichert werden : eine sehr stabile
Konfiguiation wird erhalten, wenn die isolierten Abschnitte stets mit einem der
beiden angrenzenden Streifen gleicher Magnetisierungsrichtung verbunden sind. In
diesem Falle stellt die Konfiguration nach Fig. 11 beispielsweise die Information
1 dar. Es ist in diesem Fall manchmal vorteilhaft, dass die Magnetisierung der Ferromagnetschicht
10 so ist, dass in der Schicht 9 abwechselnd - kräftiger und schwächer magnetisierte
Streifen mit entsprechender kIagnotisierungsrichtung einander auffolgen. So sind
also die folgenden drei Grundmuster möglich, die aus den Elementarmustern nach Fig.
7 ... 15 aufgebaut werden können.
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a) Längsstrecken mit Unterbrechungen, wodurch selektiv isolierte Streckenabschnitte
entstehen; b) Längs strecken mit Ausstülpungen, ohne dass dadurch zusätzliche verbundene
Strecken gebildet werden; c) Längsstrecken mit Ausstülpungen bis zu Stellen benachbarter
Strecken und Brücken zwischen unterschiedlichen Strecken.
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Es sind mehrere Verfahren zum Erzeugen von Magnetblasen bekannt,
also ungefähr scheibenförmige magnetische Domänen. So gibt die DE-OS 24 58 050 der
Anmelderin ein Verfahren' an, bei dem durch eine stellenweise Beeinflussung des
Hauptmagnetfeldes, das quer zur Platte aus ferrimagnetischem Material gerichtet
ist, eine Domäne getrennt wird. In einer Stromschleife bestehen zwei gesonderte
Prioritätspositionen für eine Blase, welche Prioritätspositionen durch kleine Stellen
auf der Schicht aufgedampften Permalloys erzeugt werden können. Durch Herabsetzen
des stellenweise vorhandenen Quermagnetfeldes wird eine vorhandene Blase so gross,
dass beide Prioritätspositionen gleichzeitig umfasst werden. Wenn darauf das Quermagnetfeld
wiederum erhöht wird, teilt sich die Blase, wobei eine geteilte Blase automatisch
ausserhalb der Stromschleife längs einer schienenförmigen Struktur abgeleitet wird.
Eine derartige schienenförmige Prioritätsstruktur kann sehr gut einen von einer
aufliegenden Ferromagnetschicht magnetisierten Materialstreifen sein, dessen Magnetisierungsrichtung
der der hineingeschobenen Domane entspricht. Nach der erwähnten Patentanmeldung
werden keine weiteren Antriebsmittel benutzt, weil sie in der gegenseitigen Abstossung
der
Domänen gefunden werden. Beim Fehlen von Reibungspunkten (pinning
points), die beispielsweise durch Kristallfehler in der Ferrimagnetschicht 9 entstanden
sind, kann eine im Prinzip unbegrenzte Domänenanzahl auf diese Weise seriell gebildet
werden. Weitere Antriebsmittel werden weiter unten besprochen. Die herangezogene
Patentanmeldung beschreibt eine Anordnung mit einem einheitlichen Hintergrundmagnetfeld,
aber es ist klar, dass auf dem Niveau einer einzigen Blase nur das stellenweise
vorhandene Quermggnetfeld richtig ist. Durch die Hysterese des ferromagnetischen
Materials können externe Mittel die gesamte Magnetisierung unkehrbar herabsetzen.
Wenn das Ferromagnetmaterial gesättigt ist, kann die örtliche Magnetisierung ebenfalls
umkehrbar erhöht werden; wenn diese Sättigung nicht vorhanden ist, darf die erwähnte
Felderhöhung- in- zweiter-Ins tanz nicht über die ursprünglich vorhandene Feldstärke
hinausgehen.
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Nach obiger Beschreibung gibt die DE-OS 24 03 094 der Anmelderin
ein weiteres Verfahren zum Erzeugen von Magnetblasen in einem Bereich mit einem
einheitlichen Hintergrundmagnetfeld (für das wiederum das gleiche wie in de#r obigen
Beschreibung teilt) mit Hilfe eines stellenweise eingestellten Impulse von Laserstrahlung.
Wenn die Temperatur zunächst auf die sogenannte-Kompensatinnstem-
peratur
des ferrimagnetischen Materials steigt, bleibt eine Blase zurück, wenn die Kompensationstemperatur
erneut in abgehender Richtung erreicht ist. So wird eine Domäne direkt erzeugt statt
abgetrennt. Der Temperaturanstieg kann man von einer stellenweise Herabsetzung des
Hauptmagnetfeldes begleiten lassen. Die erwähnte Ausgleichs temperatur kann wie
folgt dargelegt werden.
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Das Yttriumeisengranat (YIG) hat eine im wesentlichen kubische Struktur
mit drei Unterkristallgittern, in denen andere Ionen substituiert sein können. Das
Dodekaeder-Gitter wird durch die Ytttriumionen unter #Substition durch Lanthan gebildet;
das Oktaeder-Unterkristallgitter enthält 40% der Eisenionen unter der Substitution
von Gadolinium; das Tetraeder-Unterkristallgitter enthält die übrigen 60 % der Eisenionen
(in diesem Fall ebenfalls mit geringer Substituion von Gadolinium). Die Magnetisierung
des Dodekaeder-Unterkristallgitters darf normalerweise vernachlässigt werden, sowie
auch der Einfluss der Sauerstoffionen. Dabei ist die Gesamtmagnetisierung gleich
der Vektoriellen Summe der einander vollständig oder nahezu vollständig entgegengesetzt
gerichtete Magnetisierungen der Tetraeder- und Oktaeder-Unterkristallgitter. Diese
Magnetisierungen sind temperaturabhängig mit verschiedenen Temperaturkoeffizienten.
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Bei der Ausgleichs temperatur heben sie sich auf.
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Das zuletzt genannte Verfahren zur Bildung einer Magnetbiase kann
auch zum Erzeugen einer streifenförmigen Domäne in einem Hintergrundgebiet mit entgegengesetzt
gerichteter Magnetisierung benutzt werden. Dabei muss die Auftreffposition der Laserstrahlung
eine streifenförmige Bahn beschreiben, bei der das Erzeugen der streifenförmigen
Domäne als ein Dauervorgang erfolgen kann.
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Durch das Erhöhen des an der jeweiligen Stelle vorhandenen Magnetfelds
in ausreichendem Masse kann man eine Blasen- oder eine sonstige magnetische Domänenkonfiguration
implodieren lassen.
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Nachstehend werden eine Anzahl von Beispielen von Anordnungen beschrieben,
um die auf diese Weise erzeugten Domänenkonfigurationen mit Digitalinformationen
zu bestücken. Zunächst wird von ungestörten Magnetisierungsstreifen ausgangen wie
sie in einem Teil ~der Fig. 3 dargestellt sind. Fig. 16 gibt im Fall zweier dunkel
dargestellter Magnetisierungsbänder 11 und 12, die in der ersten Richtung quer zu
der in der Zeichenebene befindlichen Platte ~aus ~magnetischem Material magnetisiert
sind und durch ein in entgegengesetzter Richtung magnetisiertes hell gezeichnetes
Magnetisierungeband voneinander getrennt sind. Auf oder nahe der Platte ist der
Leiter 17 angeordnet, der mehr oder weniger die
Form eines Hufeisens
hat. Wenn er in einer Stromrichtung erregt wird, wird das Magnetfeld im schraffierten
Gebiet 18 verstärkt. Es wird angenommen, dass sich das hell gezeichnete Gebiet unten
in der Figur mit ausserhalb der Einflussphäre der Schleife 17 erstreckt. Diese Erhöhung
des Quermagnetfeldes übt für die Magnetisierungskonfiguration im schraffierten Gebiet
18 keinen Einfluss aus, weil die beiden Magnetisierungsrichtungen übereinstimmen.
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Ausserhalb des schraffierten Gebiets wird das Feld in der Schleife
herabgesetzt und es kann in einem Ubergangsgebiet die Richtung wechseln: dadurch
kann sich das Gebiet 18 umkehrbar ausdehnen, bis es einen grösseren Teil der Schleife
oder sogar die ganze Schleife 17 füllt. Nach dem Beenden der Erregung wird dieses
Wachstum unkehrbar unterdrückt, weil sich dabei das hell dargestellte Gebiet wieder
bis zu innerhalb der Schleife erweitern kann, wenn vom Aussengebiet ausgegangen
wird. Wenn weiter der Strom durch die Schleife nicht zu gross ist, hat es keine
weiteren Konsequenzen für die Magnetisierungskonfiguration ausserhalb der Schleife
17 : die Anderung der Magnetfeldstärke ist ausserhalb der Schleife 17 geringer als
innerhalb dieser Schleife. Wenn die Schleife in der anderen Richtung erregt wird,
kann das Magnetfeld
im Gebiet 18 umkehren und auf den Implosionswert:#:'an
steigen, wodurch die Magnetisierungsrichtung in der Informationsschicht umkehrt.
Dabei wird der Streifen 12 unterbrochen und dieser Zustand ist nicht ohne weiteres
umkehrbar. In der dauermagnetischen Schicht 10 ist die Koerzitivkraft so gross,
dass diese Schicht ihre ursprüngliche Magnetisierung aufrechterhält.
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Das Aussengebiet der Schleife 17 braucht keinen Einfluss der zuletzt
genannten Erregung zu erfahren.
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Nach dem Beenden der Erregung breiten sich die dunl#el dargestellten
Streifen in ihrer Längsrichtung bis zu innerhalb der Schleifen 17 aus, bis sie sich
nur mit einer geringen Unterbrechung gemäss der Fig. 7 genähert sind, so dass eine
Binärinformation 1 geschrieben ist.
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Fig. 17 zeigt eine Doppelausführung einer Anordnung nach Fig. 16.Wenn
durch die Erregung der Schleife 19 das Magnetfeld in den schraffierten Gebiete 20
und 21 nach der Umkehrung auf den Implosionswert ansteigt, ist danach auf der Art
der Fig.8 ein isolierter Teil im Band 12 gebildet. Der Teil zwischen den beiden
Teilen 20 und 21 braucht bei der Erregung keine unumkehrbare Änderung zu erfahren,
wie es gerade in dem bei Fig. 16 beschriebenen ersten Erregungsfall war Die entgegengesetzte
Erregung der Schleife 19 ist nicht besonders sinnvoll, weil dabei
durch
Ausdehnung der Gebiete 20/3 zwischen ihnen eine B#rücke über die gestrichelte Linie
entstehen kann. Das mögliche Implodieren des Zwischengebietes zwischen den Teilen
20 und 21 wird dabei durch das Geradziehen dieser Brücke wiederhergestellt, so dass
der alte Zustand wiederhergestellt ist. Auf diese Weise können also die Konfigurationen
nach den Fig. 7, 8, 9 erzeugt werden.
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Ein ganz anderes Verfahren zum Eingeben der Information geht von einem
Domänengitter nach dem oberen Teil der Fig. 3 aus; alle dunklen Streifen enthalten
dabei eine Reihe isolierter Teile, deren Abmessung in Richtung des Streifens ungefähr
die Breite eines Streifens entspricht.
-
Wenn nun anschliessend eine derartige Unterbrechung durch eine kurze
Belichtung wie oben erwähnt bis über die Ausgleichs temperatur des ferrimagnetischen
Materials erhitzt wird, verschwindet die Unterbrechung und kehrt beim Temperaturabfall
nicht zurück. So kann also ein Impuls mit Laserstrahlung stellenweise stets die
Magne-~tisierung der ferrimagnetischen Schicht mit der stellenweise durch die anliegende
dauermagnetische Schicht induzierten Magnetisierung in Übereinstimmung gebracht
werden. Dies gilt sowohl für die Bildung blasenartiger Domänenkonfigurationen als
auch für das Beseitigen von Unterbrechungen.
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Fig. 18 zeigt eine Erweiterung der Fig. 17 dadurch, dass die Streifen
bis zum (im) Band 11 weitergehen. Bei der Erregung des Leiters 35 in einer ersten
Richtung kann das Feld an den schraffierten Stellen 36 und 37 umkehren und so hoch
ansteigen, dass die Implosionsgrenze dort überschritten wird und somit können zwei
Unterbrechungen entstehen. An der Stelle des schraffierten Gebiets 38 kann ebenfalls
das Feld die Richtung wechseln und anschliessend die Implosionsgrenzen überschreiten.
Dabei dehnen sich die Streifen 11 und 12 stellenweise so weit aus, dass eine Verbindung
zwischen den Streifen 11 und 12 gebildet wird.
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-Näch dem Beenden des Stromimpulses sind die gebildeten Unterbrechungen
sowie die Brücke dauerhaft, um eine Konfiguration gemäss Fig. 11 zu bilden. An der
rechten und an der linken Seite der Gabelschleife ist der Einfluss des Stromimpulses
im allgemeinen ungenügend um weitere Brücken über den hell dargestellten Streifen
zu bilden: dabei ist nur das Feld eines Schenkels stark wirksam und es wird ausserdem
durch die Felder aufeinanderfolgender Schenkel noch teilweise ausgglichen. Erregung
des Leiters 35 in entgegengesetztem Sinne ist aus Gründen, wie sie bei der Beschreibung
von Fig. 17 erwähnt wurden, wenig sinnvoll.
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Fig. 19 stellt wiederum eine andere
Anordnung dar.
Bei der Erregung des Leiters 28 in einer Richtung wird im schraffierten Gebiet 29
eine Unterbrechung gebildet und im schraffierten Gebiet 30 eine Uberbrückung. Dieser
Vorgang geschieht auf entsprechende Weise wie bei Fig. 18 für die schraffierten
Gebiete 36 bzw. 38 beschrieben. Bei der Erregung in der anderen Richtung kann gerade
an der Stelle des Gebiets 29a eine Uberbriickung und beim Gebiet 30A eine Unterbrechung
gebildet werden ( das Gebiet 29A wird dabei bereits einen kleinen Teil des ungestörten
Streifens 11 umfassen müssen). Auf diese Weise ist also durch Umkehrung der Erregungsrichtung
auch eine Umkehrung der gespeicherten Information möglich. Die erwähnten Xnderungen
sind unumkehrbar. Im zweiten Fall wird die Bahn 11 nicht einfach unterbrochen, weil
dort keine zwei Schenkel des Leiters 28 dicht beieinander liegen. So ist also eine
Konfiguration gemäss Fig. 10 gebildet.
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In Fig. 20 ist davon wieder eine Erweiterung dargestellt. Bei der
Erregung des Leiters 31 in einer ersten Richtung wird in den schraffierten Gebieten
32 und 33 eine Unterbrechung und im Gebiet 34 eine Überbrückung gebildet. Dieser
Vorgang' geschieht auf gleiche Weise wie bereits beschrieben wurde. Die Erregung
des Leiters 31 in der anderen Richtung gibt
auf gleiche Weise zwei
Unterbrechungen in den Strecken 11 und 12 und dazwischen eine Überbrückung. So ist
eine Konfiguration gemäss Fig. 14 gebildet, die ebenfalls wieder stabil ist.
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Fig. 21 gibt davon wiederum eine Erweiterung. Bei der Erre#gung des
Leiters 22 in einer ersten Richtung werden die schraffierten Gebiete 23, 24, 26
und 27 Unterbrechungen und im Gebiet 25 eine Uberbrückung gebildet. Dies geschieht
auf gleiche Weise wie bereits beschrieben wurde. Die Konfiguration zeigt Xhnlichkeit
mit der nach Fig. 15, sei es dass die Überbrückung jetzt zwischen zwei übrigens
isolierten Gebieten vorhanden-ist. Übereinstimmung mit Fig. 15 ist dadurch erreicht,
dass eine Hälfte der Gabelschleife soweit gekürzt worden ist, dass das Gebiet 26
herausfällt.
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Bei der Erregung des Leiters 22 in der anderen Richtung werden beide
Streifen 11 und 12 in Höhe desGebiets 25 unterbrochen während an beiden Seiten davon
eine Überbrückung gebildet wird. Die gebildete Konfiguration ist das Gegenstück
derer nach Fig. 12, wenn "dunkel" und "hell" dargestellte Streifen ausgetauscht
werden.
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Auch diese beiden gebildeten Konfigurationen sind wiederumstabil.
Das Erzeugen der Konfiguration nach Fig.
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13 ist nicht dargestellt. Es kann mit einem M6hrschichS leiter erfolgen,
der nur in Fig. 21 die Gebiete 24, 25,
27 enthält. Diese Gebieten
werden dabei in abwechselnder Richtung magnetisiert dadurch, dass sich der Erregungsleiter
selbst zwischen zwei aufeinanderfolgenden der Gebiete stets kreuzt. So wird gleichsam
ein 450 laufender doppelter Mäanderleiter gebildet. Gemäss obiger Beschreibung wurde
stets die gewünschte Konfiguration von Domänentrennwänden simultan gebildet. Die
aufeinanderfolgende Bildung wird weiter unten beschrieben (neben dem bereits beschriebenen
Bilden mit einer sequentiellen Addressierung der Positionen von einer Laseranordnung).
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In einer Anordnung nach der Erfindung kann eine einzige Anordnung
nach einer der Fig. 15...21 vorhanden sein, wobei der zugehörige Leiter dadurch,
dass er möglicherweise erregt wird, eine Information eingibt. Zum anderen können
auch mehrere verschiedene derartiger Generatoren vorhanden sein. Das Erregen eines
ausgewählten Generators bringt dabei eine der möglichen verschiedenen Informationen
all.
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Anordnungen nach den Fig. 16...21 können dazu benutzt werden, in
einem ununterbrochenen magnetischen Domänenstreifen eine Information mittels Unterbrechungen
und/oder Brücken anzubringen. Auf gleiche Weise können auch Unterbrechungen und/oder
Brücken entfernt werden. Wenn beispielsweise in Fig.16 das Gebiet 18 eine Unterbrechung
enthält, kann sie
implodieren, wenn an dieser Stelle das Magnetfeld
quer zur Platte erhöht wird. Die anderen der erwähnten Anordnungen können auf entsprechende
Weise im Magnetisierungsmustermodifikationen anbringen.
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Fig. 22 zeigt eine Magnetisierungskonfiguration gemäss Fig. 5. Die
Wellenlänge der Magnetisierung in der dauermagnetischen Schicht ist so gross, dass
(geradlinige) gerade Domänen/ Hintergrundgebietswände leichte Wellungen aufweisen.
Zum anderen ist diese Wellenlänge so gross, dass Unter--brechungen der bzw. Brücken
zwischen den Streifen nicht leicht stabil- sind. In bestimmten Fällen sind beim
obigen Fall wieder Ausnahmen möglich, siehe beispielsweise die nahezu gerade laufenden
Domänenstreifen bei K, L in Fig. 5. In Fig. 22 kann man jedem Auslaufer des Streifens
15 in Richtung des Streifens 16 die logische Bedeutung ~10,1, jedem Auslaufer des
Streifens 16 in Ricshtung des Streifens 15 die logische Bedeutung 1 zuordnen. Von
links nach rechts enthält die Konfiguration nach Fig. 22 dabei die Information 11110100.
Die einander abgewandten Seiten der Streifen 15 und 16 liegen in diesem Falle etwa
gerade. Zwei aufeinanderfolgende Streifen können wiederum das gleiche Muster von
informationhaltigen Ausläufern aufweisen. Man kann die Information auch
so
betrachten, als sei sie im hell dargestellten Streifen 2t6 verkörpert, der also
zwei Erscheinungsformen hat: es gibt Teile, die auf gleiche Weise wie die "dunkel"
dargesillten Streifen einen geraden Abschnitt mit quer darauf gerichteten Ausläufern
enthalten. Weiter gibt es Teile, in denen der hell dargestellte Streifen 216 selbst
mäanderweise verläuft.
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Es istnoch eine weitere Konfiguration für einen Streifen möglich :
sie enthält dabei einen nominell gerade laufenden Abschnitt mit informationhaltigen
Ausläufern an beiden Seiten.
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Die Information kann in der dargestellten Konfiguration wie folgt
geändert werden. Wenn der Leiter 39 in einer Richtung erregt wird, kann das Feld
im schraffierten Gebiet 41 umgekehrt und darauf bis über die Inlplosionsfeldstärke
erhöht werden. Dabei wird eine Verbindung zwischen dem Band 16 und dem Gebiet 40
gebildet. An der anderen Seite kann im Gebiet 42 die Feldstärke über den Implosionswert
erhöht werden. Hierzu kann eine vorhandene Magnetisierung der anliegenden ferromagnetischen
Schicht auch dienen. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Streifen 15 und dem
Gebiet 40 unterbrochen. Am Ende der Erregung des Leiters 39 bleibt das Gebiet 40
stabil mit der Bahn 16 verbunden. Die Erregung des
Leiters 39 in
der umgekehrten Richtung ist nicht immer sinnvoll, weil dabei unter Umständen eine
Unterbrechung in der Bahn 16 auftreten könnte. Dabei würde eine Mischung zwischen
den Konfigurationen nach Fig, 5 und denen nach Fig. 3 und 6 auftreten. In bestimmten
Anwendungen wird diese Mischung vorteilhaft sein. Es muss weiter auf einen weiteren
Vorteil der Domänenkonfigurationen der Fig. 5 und 22 hingewiesen werden. In diesem
Fall gibt es keine Obergrenze bei der Anzahl aufeinanderfolgender Elemente eines
der beiden Werte in einer Aufeinanderfolge. Denn es gibt stets eine Überbrückung
zwischen dem zentralen Gebiet (40) und einer der beiden anliegenden Bahnen. Derartige
Beweisgrunde gelten auch für andere Konfigurationen: so enthält die nach Fig. 12
beispielsweise vier Elemente : zwei Unterbrechungen und zwei Überbrückungen.
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Wenn eine dieser vier die Stelle festlegt, können die anderen drei
stets beliebig gewählt werden.
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In obiger Beschreibung wurde das Erzeugen der Domänenkonfigurationen
mit Laserstrahlung durch örtliche Beeinflüssung des extern vorhandenen Magnetfelds
beschrieben. Es ist weiter möglich eine allgemeine Domänenkonfiguration zu erzeugen.
Zunächst kann eine dauermagnetische Schicht mit einem streifenförmigen Magnetisperungsmuster
an die Schicht 9 gestellt
werden und darauf wieder entfernt. Wenn
das Streifenmuster dem in der Schicht 10 übereinstimmt und die Magnetisation ist
kräftig genug, -erzeugt -dieses Verfahren ein ungestörtes Streifenmuster nach dem
unteren Teil der Fig. 3. Dies kann bei der Entfernung der Hilfsschicht aufrechterhalten
werden. Das zusätzliche Feld ist nicht so kräftig, dass die Koerzitivkraft der Schicht
10 überschritten wird. Andererseits ist es möglich, dass die Schicht 10 vorübergehend
ent-'fern und später wieder angebracht wird. In Richtung der Streifen gibt es eine
gute Toleranz für die gegenseitige Verschiebung der Magnetisierungsmuster.
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Quer zu den Streifen ist diese Toleranz kleiner, aber 2a den meisten
Fällen ist ein Viertel der Streifenbreite sehr wohl zulässig. Manchmal ist es leicht,
dem ganzen Streifenmuster eine Querverschiebung zu geben, und dabei ist die erwähnte
Toleranz noch zu beschränkt. So ist also ein unbeschriebenes Streifenmuster gebildet.
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Das Magnetisierungsmuster in dieser Hilfsschicht kann die gleiche
Struktur wie die der Schicht 210 in Fig. 24 haben und auf entsprechende Weise angebracht
sein.
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Das Positionieren der Schicht kann mit einfachen mechanischen Mitteln
erfolgen. Das Positionieren tzispielsweise eines Magnetbandstflcks ist allgemein
üblich und wird deshalb der Kürze halber nicht weiter beschrieben.
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Es kann gleichartiges Material wie das der Schicht 10 in Fig. 1 sein,
aber die Magnetisierung ist kräftiger und entspricht beispielsweise der Sättigungsmagnetisierung.
Sie kann der der Schicht 10 entsprechen, aber auch höher oder niedriger sein.
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Die erwähnte Hilfsschicht kann anschliessend entfernt und nach der
#Drehung über einen vorausbestimmten Winkel erneut angebracht werden. Wie bereits
erwähnt kann ein unbeschriebenes Streifenmuster-inzwischen auch bei fehlenden externen
magnetischen Mitteln (Schicht 10) stabil genug sein. Der erwähnte Winkel kann eine
Grosse von nahezu 900 haben.
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Andere Winkel kommen auch in Betracht, beispielsweise ab 600. Wenn
die Magnetisierung stark genug ist, kann in der Platte 9 stellenweise das Magnetfeld
durch die externen Mittel den Implosionswert überschreiten. Dadurch treten Unterbrechungen
in den Domänenstreifen auf, die bei der Entfernung der Hilfsschicht bleibend und
stabil sein können. Die Unterbrechungen können in beiden Streifen sowohl des Domänengebiets
als auch des Hintergrunägeb#s auftreten. Es ist möglich, nur eine der beiden Arten
zu erzeugen. Dies ist durch ein niedriges einheitliches Magnetfeld quer zur Plattenebene
9 möglich, wodurch eine der beiden Magnetisierungsrichtungen darin stabiler ftir
Unterbrechungen ist.
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Dieses Querfeld kann einen Wert von beispielsweise 10 Oerstedt haben;
nach dem Anbringensdes spezifischen Musters kann es entfernt werden. So ist das
Muster im oberen Teil nach Fig. 3 erzeugt. Durch Handhabung der Trennung zwischen
der erwähnten Hilfsschicht und der Platte 9 ist das Muster im unteren Teil der Fig.
3 ungestört geblieben: dort war die Trennung etwas grösser. Es ist auch möglich
durch eine spezifische Form des Magnetisierungsmusters in der Hilfsschicht nur Streifen
einer einzigen Magnetisierungsrichtung in der Platte 9 zu beeinflussen.
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Dies ist dadurch möglich, dass die extern angeordneten Magnetfelspitzen
nicht in beiden Richtungen gleich sind. Die Form dieser Spitzen kann in einer oder
mehreren Fourier-Komponenten ausgedrückt werden. Durch eine Fourier-Komponente höherer
Ordnung ist die Spitze in einer Richtung höher als in der anderen.
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Durch entsprechende Mittel kann das den Fig. 4 ... 6 zugrunde liegende
Basismuster der Magnetisierung erzeugt werden, wonach durch spezwischen Abwandlung
die Informationen geschrieben werden, wie insbesondere aus den Fig. 4 und 6 ersichtlich
ist. In Fig. 4 sind für die Hilfsschicht zwei Teile mit einem ringförmigen bzw.
einem radius-oder sterrenförmigen Magnetisierungsmuster erforderlich.
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Die Muster nach Fig. 5 und 6 können auf entsprechende Weise für eine
rotationsymmetrische Anordnung gemäss dem Muster nach Fig. 3 in der Abwandlung nach
Fig. 4 geändert werden.
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Nachstehend werden das Verschieben von Domänenkonfigurationen und
die dabei zu berücksichtigenden StabiIisationsmassnahmen beschrieben.
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In bestimmten Anwendungen, wie in der Anordnung nach Fig. 2, brauchen
die Domänenkonfigurationen nicht verschoben zu werden. Wenn es sich dabei weiterhin
um einen Festwertspeicher handelt, brauchen auch keine Xnderungen in der Konfiquration
angebracht zu werden.
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Die Stabilisierung kann dadurch erreicht werden, dass Bewegung der
Domänenwände ausgeschlossen wird, beispielsweise durch das Einführen von "pinning
points" mit Hilfe von Ionenimplantation,--nachdem das Information muster angebracht
geworden ist. Weiterhin zeigt Fig. 24, wie bereits erwähnt, dass die Stabilisierung
der Domänenkonfiguration der Schicht 211 durch die abwechselnd magnetisierten Streifen
in der Schicht 210 erfolgt.
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Dies ist also ein quer zu den Streifen gerichteter Querschnitt. Die
Schichten 217, 218, 219 und die~ Schichten 220, 221 und 222 zeigen zwei Querschnitte
in Richtung der Streifen, und zwar in Höhe der Positionen 223 bzw. 224. In Höhe
der Position 223 enthält
die Schicht aus magnetischem Material
218 Information in Form aufeinanderfolgender Doinänentrennwandpaare, an welcher
Stelle die Domänenstreifen durch einen schmalen Abschnitt des Hintergrundbereichs
mit abwärts gerichtetem Magnetisierungsfektor unterbrochen sind. In dieser gleichen
Richtung zeigt die Kurve 225 den Verlauf der Magnetisierung in der Schicht 210 in
einer Richtung längs der Achse 226 an der Stelle der Position 224. Auf dem Feld,
das also quer zu den Streifen periodisch schwankt (und die Richtung wechselt) ist
längs der Streifen eine zweite periodische tnderung vorhanden. Ihre Amplitude ist
in diesem Beispiel 1/3 der Amplitude der erstgenannten Variation. Dies ist mit grösseren
und kleineren Pfeilspitzen in der Schicht 222 angegeben (die Magnetisierungsrichtung
ist dort quer zur Zeichenebene). In der Schicht 219 zeigt die Figur gerade die Trennflächen
zwischen zwei Streifen.
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Die extern erzeugte Magnetisierung schwankt auch dort und ist mit
gestrichelten Pfeilspitzen angegeben.
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Es ist klar, dass die Unterbrechungen in den Domänenstreifen vorzugsweise
an jeden Stellen vorhanden sind, an denen das extern erzeugte Feld am niedrigsten
ist.
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So ist die Konfiguration stabil. Die Schichten 212, 217 und 220 dienen
zum-Antreiben einer Domänenkonfiguration und werden weiter unten beschrieben.
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,In diesem Zusammenhang zeigt Fig.
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23 ein zweidimensionales Bild einer Domänenkonfigura tion nach Fig.
3. Die Figur zeigt sechs aufeinanderfolgende Streifen, in denen die durch die anliegende
ferromagnetische Schicht 10 erzeugte Prioritätsrichtung für die Magnetisierung beispielsweise
aufwärts gerichtet ist (quer zur Platte). In diesen Streifen zeigt das Beispiel
32 gesonderte Domänen, die eine dementsprechende Magnetisierung aufweisen. Diese
Domänen sind schraffiert. Zwischen diesen Streifen liegt jeweils ein Streifen, in
dem die Prioritätsrichtung für die Magnetisierung anders gerichtet ist.
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Die Domäne 105 hat eine Länge einer einzigen Periode, die Domäne 106
eine Länge von zwei Perioden, die Domäne 107 eine Länge von mindestens fünf Perioden.
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Die Abmessungen der übrigen Domänen sind entsprechend.
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Der Antrieb erfolgt in zwei Richtungen wie beschrieben im Artikel
von Calhoun et al (bereits erwähnt) für ein Gitter harter und weicher Blasendomänen
in einem nahezu einheitlichen Hintergrundmagnetfeld. Es gibt ein Leitergefüge mit
Leitern 109, 110, 111; 112, die in den bereits erwähnten Schichten 212, 217 und
220 liegen. Die Leiterpaare sind über etwa 4 Perioden der Streifenstruktur gegeneinander
verschoben. Diese Leiter sind mit einem nicht dargestellten Stromimpuls-
generator
verbunden, sie dienen zum Verwirlichen einer Bewegung des Domänensusters quer zur
Streifenrichtung.
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Wenn eine Bewegung nach unten gesteuert werden muss, werden die Leiter
109 und 110 derart angesteuert, dass das Magnetfeld an der betreffenden Stelle zwischen
diesen zwei Leitern entgegen der Magnetisierung der Domänen 113,'114,#115, 107 gerichtet
wird. Dies erhöht die potentielle Energie dieser Domänen. Durch ihre assymetrische
Aufstellung werden sie in der Figur in Richtung von oben nach unten zwischen den
Leitern 109, 110 ausgetrieben. Die Domänen 105, 106 usw. werden auch in dieser gleichen
Richtung dadurch angezogen, dass direkt ausserhalb des Leiterpaares gerade eine
priortätsposition entsiht. Die Domänenstreifen stossen sich gegenseitig ab. Dadurch
werden alle weiteren Streifen in der Figur in einer Richtung von oben nach unten
etwas angetrieben. In dieser Richtung sind weitere Leiterpaare vorgesehen, wobei
die ungeradzahligen Paare den Leitern 109 und 110 entsprechend erregt werden. Weiter
kann#gleichzeitig die Erregung der Leiter 111 und 112 eine Prioritätsposition für
die Domänen 116 dazwischen.
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erzeugen, wodurch der Antrieb der Domänenkonfigurationen verstärkt
wird. Bei diesem Antrieb muss die entgegenwirkende Kraft der Magnetisierungskonfiguration
der Schicht 10 überwunden werden. Wenn diese letzte Magne-
tisierung
nicht zu stark ist, ist diessehr gut möglich, ohne dass die Information der Domänenkonfiguration
verloren geht. Dabei ist es nötig, dass der durch die Schicht 10 verursachte Gradient
in der Schicht 9 ausgeglichen ist. Durch den beschriebenen Vorgang war das Domänenmuster
##ungefähr um eine halbe Wellenlänge weiter-#geschoben. Die Erregung der Leiterpaare
in jeweils umgekehrter Richtung ist weiter noch notwendig, um das Muster um eine
weitere Halbperiode anzutreiben. Danach kann das Muster wiederum vom Magnetisierungsmuster
in der #Schicht 10 stabilisiert werden. Letztgenanntes Muster ist -durch die hohe
Koerzitivkraft ungeändert geblieben. Die Form der Stromimpulse in den Leitern 109...112
und ihre gegenseitigen Abstände können verschieden sein. Stets erfolgt jedoch die
Stabiliserung der Information durch die periodische Schwankung des Feldes in der
Schicht 10 in- Richtung -der Streifen gemäss der Beschreibung bei Fig. 24. Diese
Stabilisierung kann noch durch andere Mittel erfolgen, beispielsweise durch Beeinflussung
des Materials der Schicht 9 an der betreffenden Stele.
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Es ist in Fig. 23 in Form zweier streifenförmiger Verdünnsungen 117
und 118 angegeben, längs deren'sich Domänentrennwällde schwieriger bewegen. Diese
VerdUnnungen können auch wieder jede Periode längs der Streifen einmal vorhanden
sein. Die Anordnung enthält weiter einen MäanderleiZ
ter 1 8 Ein
periodische Strom darin kann eine Domänenfolge von links nach rechts in der Figur
antreiben oder umgekehrt. Gegebenenfalls werden kleine Permalloyelemente erfordert,
um die Bewegung nur in einer Richtung nach rechts in der Figur anzutreiben od#er
umgekehrt.
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So können Domänen aus dem-dargestellten zweidimensio--nalen Gebiet
extrahiert werden oder umgekehrt gerade darin eingegeben werden. Gegebenenfalls
werden kleine Permalloyelemente erfordert, um die Bewegung eine Priorität in der
gewünschten Richtung zu geben. Derartige Mäunderleiter sind an sich bekannt. Wie
angegeben, können sie zum Ubertragen blasenförmiger Domänen benutzt werden. Abwechselnd
gerichtete Halbperioden des Stromes# im Mäanderleiter erzeugen jeweils in den folgenden
Schleifen (eine Schleife ist eine halbe Periode des Leiters) Prioritätspositionen
für zudieDomänen, wobei die erwähnten Permalloyelemente analog der Wirkung einer
mechanischen Klinke arbeiten können. Gegebenenfalls kann an der Stelle die Stabilisierung
längs des Streifens unterblieben sein. So können von einem Generator gebildete Domänen
zugeführt (Antriebselement 1 in Fig. 1)oder einem Detektor zugeführt werden (Antriebselement
5 in Fig. 1). Der Antreib vom Leiter 116 kann als Einwirkung auf die Domänen beschrieben
werden; auf gleiche Weise kann er als .Einwirkung auf die Dcmänen/H'intergrundgebiet
Trennwände
beschrieben werden : die Effekte ändern sich dadurch nicht. Dadurch werden Domänen
mit einer grösseren Länge als die Domänen 106, 107, 108 nach Fig. 23 vom Mäanderleiter
116 angetrieben werden können, ohne dassder Zusammenhang und damit der Dateninhalt
unterbrochen wird.-Die Bedingung ist nur, dass in diesem Mäanderschleifen, in denen.
das Feld entgegen der Domänenmagnetisierung gerichtet ist, nicht der Implosionswert
der betreffenden Stelle des Feldes erreicht wird. Wie bereits angegeben, kann sich
dieser Implosionsfeldwert von dem für eine isolierte Blasendomäne unterscheiden.
In geringer Entfernung vom Mäanderleiter 116 ist sein Feld bereits so weit abgeschwäche,
dass die Domänen im nächstfolgenden "dunkel" dargestellten Streifen nicht beeinflusst
werden. Zum anderen ist es auch möglich, zwei oder mehrere Domänenstreifen gleichzeitig
anzutreiben. Dies erfolgt, wenn der Mäanderleiter 119 so breit ist (unter Beibehaltung
der gleichen räumlichen Periode), dass die gewünschte Anzahl von Streifen umfasst
wird. Zwischen den Domänen der aufeinanderfolgenden Streifen können dabei Brücken
vorhanden sein. In diesem Fall können auch Konfigurationen nach den Fig. 10...15
angetrieben werden. Dabei gibt es zwar eine zusätzliche Bedingung, nämlich dass
ein Domänengebiet, das angetrieben wird,
wie die Blasendomänen
116 in Fig. 23, nicht mit (Blasen-)Domänen in einem bestimmten, nicht angetriebenen
Streifen verbunden ist. Denn dabeiwürden neue Unterbrechungen bzw. Brücken entstehen,
wodurch die Information unumkehrbar verstümmelt werden würde.
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Auf entsprechende Weise können Domänenkonfigurationen nach Fig. 22
in einer Richtung längs#der Streifen angetrieben werden, wobei die gleichen ~Beschränkungen
für das zu übertragende Muster gelten.
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Das so beschriebene zweidimensionale Domänengebiet hat eine beschränkte
Abmessung. Am Rande können bekannte Beendungsmassnahmen getroffen sein.
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Sie können in einer Bearbeitung der Schicht 9 oder darin bestehen,
dass nicht angetriebene oder nicht antreibbare Domänen dort aufgestellt werden (beispielsweise
durch "pinning points" oder Materialänderung). An sich sind derartige Massnahmen
bekannt und werden nicht näher beschrieben.
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Das Detektieren von Domänenkonfigurationen kann auf bekannte Weise
erfolgen. Früher würde bereits die Verwendung von Faradayrotation und des Magnetowiderstandseffektes
erwähnt. Es ist möglich, ein Teil der Domänenkonfiguration selektiv implodieren
zu lassen. Hierbei wird auf Fig. 16 als Beispiel hingewiesen. Ein derartiger Detektor
hat dabei zwei getrennte
Leiter mit je einer Form wie die des Leiters
17.
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Wenn einer erregt wird, um an der Stelle des Gebietes 18 eine Unterbrechung
zu erzeugen, wird in den anderen Leiter ein Stromimpuls eingeführt. Die Grösse des
eingeführten Stromimpulses ist davon abhängig, ob im Gebiet 18 bereits eine Unterbrechung
vorhanden war oder nicht. Zum anderen kann die Unterbrechung durch eine Erregung
in der anderen Richtung beseitigt werden.
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Auch dabei ist das eingeführte Signal davon abhängig, ob bereits eine
Unterbrechung vorhanden war oder nicht.
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Die Erregung kann auch mit einem vollständigen, mehr oder weniger
sinusförmigen Stromimpuls erfolgen. Das induzierte Signal kann dabei mehr oder weniger
symmetrisch oder auch asymmetrisch sein. Derartige Detektionsverfahren können auch
mit anderen Schleifenkonfigurationen erfolgen. In bestimmten Fällen kann dabei eine
Schleife verschiedene Signalarten abgegen, abhängig von der bereits vorhandenen
Domänenkonfiguration. Die Detektionssignale werden einem bekannten Leseverstärker
und/oder Diskriminator zugeführt, von dem ein Ausgang mit der Steueranordnung 100
in Fig. 1 verbunden ist.