DE3048701A1 - "magnetblasenvorrichtung auf granatbasis" - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, deren Wirkungsweise auf magnetischen Eigenschaften beruht, im einzelnen auf jene, deren Betrieb auf Manipulierung einwandiger Magnetisierungsdomänen - häufig als Magnetblasen bezeichnet - beruht.

Ein integraler Bestandteil einer jeden Magnetblasenvorrichtung ist eine Materialschicht, die magnetische Anisotropie besitzt und einwandige Magnetisierungsdomänen zu führen vermag. Eine allgemeine Klasse solcher domänenführenden Materialien hat eine Granatkristallstruktur. Sonach hat das Interesse an magnetischen Vorrichtungen zu einem entsprechenden Interesse an Granatmaterialien geführt, die die erforderliche Anisotropie besitzen. Während für diese Materialien Anisotropie eine sehr bedeutsame Eigenschaft ist, ist ein Material, das gleichzeitig zu der gewünschten Anisotropie und zu einer schnellen übertragung einwandiger Magnetisierungsdomänen führt, von noch größerer Bedeutung.

Die beiden erwünschten Eigenschaften, nämlich hohe Beweglichkeit und die erforderliche Anisotropie, schließen sich zu einem gewissen Ausmaß aus. Wachstumsinduzierte einachsige Anisotropie

1 3 0 0 3 7 / 0 8 1 B ^ÖOPY

"■* 3 ·—

wird allgemein erzeugt durch die Einführung wenigstens zweier Seltene-Erde-Ionen (für die Zwecke dieser Beschreibung umfassen die Seltenen Erden Yttrium), von denen wenigstens eines, z. B. Samarium, an den dodekaedrischen Gitterplätzen des Granatkristallgitters magnetisch ist- Um praktikable wachstumsinduzierte einachsige Anisotropie zu erhalten, d. h. Werte von K größer als 7000 erg/cm (wobei K definiert ist als die pro Volumeinheit aufgebrachte Energie zur Drehung eines magnetischen Materials in einem sättigenden Magnetfeld aus einer Magnetisierungsrichtung senkrecht zum Feld in eine Magnetisie- ------- rungsrichtung parallel zum Feld)-, ist die Verwendung magnetischer Seltene-Erde-Elemente wesentlich gewesen. Die Gegenwart ■■-— eines magnetischen Seltene-Erde-Elementes in Konzentrationeny wie diese zum Erhalt eines gewünschten Anisotropie-Grades erforderlich sind, führt zugleich dazu, daß die Beweglichkeit einwandiger Magnetisierungsdomanen im Granatmaterial beschränkt wird.

Die Interdependenz von magnetischer Anisotropie und Beweglichkeit bei den derzeitigen Granatmaterialien erzeugt einige Beschränkungen. Die zu erwartenden Fortschritte bei der Herstellung von Blasenvorrichtungen werden die Verwendung kleinerer und immer kleinerer einwandiger Magnetisierungsdomänen ermöglichen. Die Ausnutzung dieses neuen Domänengrößenbereiches ist recht wünschenswert, da kleinere Magnetisierungsdomanen die

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Speicherung einer größeren Informationsmenge in einem gegebenen Gebiet des magnetischen Granatmaterials ermöglicht. Nichtsdestoweniger beruht die Stabilität kleiner magnetischer Domänen auf der Verwendung von Materialien mit sehr hohen K 's. Wie angegeben, kann die Verwendung hoher K 's die Beweglichkeit und damit die Geschwindigkeit begrenzen, mit der gespeicherte Daten verarbeitet werden können.

Die Erfindung betrifft nun Vorrichtungen, die auf einer neuen Gattung Granatmaterialien, die die erforderliche magnetische Anisotropie besitzen, beruht. Außerdem bieten Vorrichtungen, die Granate dieser Klasse benutzen, die gleichzeitige Möglichkeit hoher Beweglichkeit und hoher magnetischer Anisotropie (K bis zu 450 000 erg/cm ) bei praktischem Fehlen magnetischer Seltener-Erde-Ionen. Die bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen benutzten Granate zeigen Linienbreiten bis herab zu 20 Oe für eine Probe mit K gleich 75 000 erg/cm im Vergleich zu einer Linienbreite von annähernd 400 Oe bei einem Sm -,Lu-. qY., _cFe_c0. --Granat, der annähernd dieselben Werte für K und M besitzt. (Beweglichkeiten können durch Mikro-

Vl S

Wellenresonanz bestimmt werden, da hierbei die gemessene Linienbreite umgekehrt proportional zur Beweglichkeit ist.) Das verwendete Granatmaterial hat eine durch Ionen an oktaedrischen

2+ Gitterplätzen erzeugte Anisotropie. Diese Ionen umfassen Co oder Ionen mit entweder eins, zwei, vier oder fünf Elektronen

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im 4d- oder 5d-Elektronenorbital haben. Das betroffene Granatmaterial hat demnach einen wesentlichen wachstumsinduzierten Beitrag zur magnetischen Anisotropie, der nicht der Gegenwart eines magnetischen Seltene-Erde-Ions ausschließlich zuzuschreiben ist.

Die Erfindung ist im Anspruch 1 definiert, in den Unteransprüchen weitergebildet und nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, deren einzige Figur eine Apparatur zur Züchtung der Granatkomponenten für die Vorrichtungen der hier in Rede stehenden Art zeigt.

Die vorliegenden Vorrichtungen werden regelmäßig auf einem
stützenden Substrat hergestellt. Jede Fehlanpassung in den
Gitterparametern zwischen Substrat und der epitaktischen Granatschicht ist eine Quelle mechanischer Spannungen. Diese Spannung induziert eine magnetische Anisotropie in den betroffenen Granatmaterialien. Wesentliche Spannungen und demnach eine wesentliche spannungsinduzierte einachsige Anisotropie ist nicht erwünscht. Nimmt man beispielsweise eine typische Magnetostriktionskonstante an, um Magnetdomänen brauchbarer Größe ausschließlich durch spannungsinduzierte magnetische
Anisotropie zu halten, dann erfordert dieses eine große Gitter fehlanpassung zwischen Substrat und der epitaktischen Schicht - von mehr als -0,0015 Nanometer (-0,015 8) für Granatmateria-

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lien mit negativer Magnetostriktion und +0,002 Nanometer (+0,02 R) für Materialien mit positiver Magnetostriktion bei Schichtdicken von annähernd 3 Mikrometer. Diese großen Fehlanpassungen führen üblicherweise zu Sprüngen oder versetztem Wachstum.

Es ist daher vorteilhaft, daß mechanische Spannungen und die hierdurch induzierte magnetische Anisotropie begrenzt sind. Allgemein sollte die spannungsinduzierte Komponente der magnetischen Anisotropie kleiner als 15 000.. erg/cm , vorzugsweise kleiner, als 10 000_.erg/cm sein, (Die Größe der spannungs induzierten Komponente der epitaktischen Schicht wird nach üblichen Methoden gemessen, beispielsweise durch Ausglühen der wachstumsinduzierten Anisotropie und durch Messen des restlichen K . Siehe R. C. LeCraw et al., Journal of Applied Physics, 42, 1641 (1971).)

Die Zusammensetzung der auf dem Substrat aufgewachsenen Granatschicht ist für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen gegeben durch die nominelle Formel ΙΑ} ^^b^t ^3 ⁰12* ^Hierkei bezeichnen die Klammerformen OfCJ und ( ) die dodekaedrischen, okta edrischen bzw. tetraedrischen Gitterplätze der Granatkristallstruktur. Die Formel ist nominell. Zur Sicherstellung von Ladungsneutralität oder wegen Wachstumsdefekten ist es möglich, daß leichte Abweichungen von den strengen stöchiometrischen

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Verhältnissen auftreten. Die Buchstaben A, B und C repräsentieren je die mittlere Zusammensetzung, die an den angegebenen Kristallgitterplätzen gefunden wird. Da der Kristall für die hier interessierenden Zusammensetzungen ein magnetisches Moment haben muß, sollten typischerweise sowohl B als auch C Eisen ionen enthalten, obgleich das erforderliche Moment, das durch Eisen ausschließlich an B- oder an C-Stellen erzeugt wird, nicht ausgeschlossen ist, wenn ein anderes magnetisches Ion an den B- oder C-Stellen zur Erzeugung des erforderlichen magnetischen Momentes zugegen ist. Für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist- es jedoch-er for der l"i eh, daß in den oktaedrischen Gitterplätzen, zusätzlich zu anderen Ionen, Co und/oder ein Ion ~mit einem, zwei, vier oder fünf Elektronen im 4d- oder 5d-Elektronenorbital vorhanden sind. Beispiele von Ionen mit geeigne-

4+ 3+ ten 4d- oder 5d-Orbitals sind Ir und Ru

Im Granat muß Ladungsneutralität aufrechterhalten werden. Wenn ein Ion 3 in den Granat an einem oktaedrischen Gitterplatz eingeführt wird, dann ersetzt es ein Fe , und die Ladungsneutralität wird nicht gestört. Wenn jedoch ein Ion mit einer anderen als 3 -Ladung ein Eisenion ersetzt, dann tritt eine Ladungsänderung im Granat auf und es ist eine Kompensation erforderlich. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Ladungskompensator an den oktaedrischen Gitterplätzen eingeführt. Beispielhafte Ladungskompensatoren (jene, die beispielsweise eine

COPY 130037/0815

4 -Ladung haben, zur Kompensation eines 2 -Ions und jene, die eine Ladung von 2 haben, zur Kompensation eines 4 -Ions) sind

2+ 2+ + 4+ 4+

Mg und Fe , die 4 -Ionen wie Ir kompensieren, und Zr ,

+ 2+

das 2 -Ionen wie Co kompensiert.

Eine Substitution an einigen oktaedrischen und tetraedrischen Gitterplätzen durch andere als die vorstehend erwähnten Ionen ist zur Einstellung der im Einzelfall gewünschten magnetischen Eigenschaften ebenfalls möglich. Die Begrenzung für diese Substitution ist die, daß ausreichend Eisen an den oktaedrischen und/oder tetraedrischen Gitterplätzen verbleibt, um ein resultierendes magnetisches Moment zu erzeugen.. In ähnlicher Weise müssen genügend der nach dem Obigen erforderlichen Ionen auf den oktaedrischen Gitterplätzen verbleiben, um die gewünschte " ~~ Anisotropie zu erzeugen.

2+

Wie erörtert, erzeugt die Einführung von Co oder Ionen mit geeigneter 4d- oder 5d-0rbitalkonfiguration die gewünschte Anisotropie. (Diese Anisotropie kann parallel zur Schichtebene wie im Falle eines Ru -substituierten Granates, bei Züchtung auf einem (111)-orientierten Substrat verlaufen. Materialien mit einer in der Ebene verlaufenden Anisotropie sind beispielsweise als harte Blasenunterdrücker brauchbar, wenn diese oberhalb oder unterhalb eines Materials mit außerhalb der Ebene verlaufender Anisotropie liegen.

COPY

^4/5 130037/0815

Wie bei anderen Granatstrukturen beeinflußt die Zusammensetzung von Λ, d. h. jener Ionen, die an den dodekaedrischen Gitterplätzen sitzen, die magnetische Anisotropie. Bei den vorliegend verwendeten Granaten wird die Gegenwart nennenswerter Ionenkombinationen, die für magnetische Anisotropieerzeugung typisch sind, vermieden, d. h., wenn X_ Z die Okkupanten der dodekaedrischen Gitterplätze, A, darstellt, wobei X das magnetische Seltene-Erde-Ion mit den höchsten Molenprozenten in A ist und Z die restlichen Bestandteile von A sind, dann betrifft

die vermiedene Kombination die Gegenwart von X_ Z mit _. - 3-y y

0/1 ^ Υ < 2,9, vorzugsweise mit 0,05 <y < 2,95. Sonach ist im Unterschied zu den bekannten Vorrichtungen die bei dem vorliegenden Granat erhältliche Anisotropie imwesentlichen anderen Quellen zuzuschreiben als einer nennenswerten Gegenwart eines magnetischen Seltene-Erde-Ions in Kombination mit anderen ionischen Bestandteilen; d. h. der Granat ist im wesentlichen frei von der typischen Kombination Seltene-Erde-Ionen, die einachsige Anisotropie zu erzeugen vermögen. Auf diese Weise wird die niedrigere Beweglichkeit, die üblicherweise diesen typischen Kombinationen zuzuschreiben ist, ebenfalls vermieden.

Obgleich die vorliegenden Granate im wesentlichen eine typische Kombination, die magnetische Anisotropie erzeugt, vermeiden, haben sie wachstumsinduzierte K 's von mehr als 7000 erg/cr typischerweise von mehr aln 50 000 erg/cm . Tatsächlich können

On&irtAL INSPECTED

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K 's bis zu 200 000 erg/cm und sogar bis zu annähernd 450 000 erg/cm erhalten werden.

Zahlreiche Methoden sind für die Züchtung der gewünschten Granatstruktur verfügbar. Epitaxiezüchtungsverfahren, die mit einer unterkühlten Schmelze arbeiten, zeigen gute Resultate. Andere Verfahren sind jedoch nicht ausgeschlossen, Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Niederschlagen eines Granates der gewünschten Zusammensetzung - siehe die Zeichnung das Substrat 7 in einen Substrathalter 10 einer üblichen Epitaxiezüchtungsvorrichtung verbracht. Die grundsätzlichen Niederschlagsschritte sind üblich und in zahlreichen Veröffentlichungen beschrieben; siehe beispielsweise S. L. Blank und J. W. Nielsen, Journal of Crystal Growth, 17, 302-11 (1972). Kurz gesagt wird bei der bevorzugten Ausfuhrungsform die Schmelze ausreichend lang bis zum Erhalt eines Gleichgewichtszustandes der Schmelzkomponenten erhitzt. Sodann wird die Temperatur der Schmelze zu deren Unterkühlung verringert. Das Substrat wird zunächst oberhalb der Schmelze zwecks Vorerhitzung gehalten und dann in die Schmelze abgesenkt. Während des Wachstums wird bei einer bevorzugten Ausführungsform das Substrat durch Drehen des Stabes 28 gedreht.

Die Wahl der bei dem Niederschlagsverfahren benutzten Schmelzzusammensetzung beruht im wesentlichen auf denselben Erwägungen,

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die auch bei der Herstellung üblicher Granatschichten anzustellen sind. (Siehe S. L. Blank et*.al., Journal of the
Electrochemical Soc., 123, (6), 856 (1976) und Blank und Nielsen, Journal of Crystal Growth, 17, 302-11 (1972).) Wie bei
üblichen Granaten wird die Schmelz-Zusammensetzung so eingestellt, daß die gewünschte Formulierung für A, B und C erhalten wird. Beispielsweise werden für eine bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen brauchbare Granatzusammensetzung wie
Y-Fe^ Ir O₁₀ Eisen/Yttrium-Verhältnisse in der Schmelze im
Bereich von 12 bis 40 üblicherweise verwendet, und zwar zusammen mit einem Zusatz einer iridiumhaltigen Substanz, beispiels weise IrO₂ in ausreichender Menge, um ein Ir/Fe-Atomverhältnis

-4 -2

in der Schmelze von 5 χ 10 bis 3 χ 10 zu erzeugen. Für sol ehe Zusanunensetzungsbereiche werden Niederschlagstemperaturen
im Bereich von 750 bis 1050 ⁰C vorteilhaft verwendet.

2+
Für das Beispiel Y₃Fe_5- Ir 0.« gilt, daß Fe der Kompensator

4+
für Ir ist. Sonach ist in dieser Situation, obgleich keine

zusätzliche Komponente der Schmelze zugefügt zu werden braucht

2+

die Gegenwart von Fe erforderlich. Unter atmosphärischen Bedingungen, d. h. Luft bei Normaltemperatur und -druck, ist

2+
Fe stets vorhanden und wird in den Granat als ein Kompensatc eingebaut. Jedoch ist es möglich, andere Kompensatoren, z. B.

2+ 2+

Zn und Mg , in den aufwachsenden Granat durch Zugabe eines

geeigneten Oxids, z. B. MgO oder ZnO, in die Schmelze einzufül: ren. Typischerweise v/erden Verhältnisse von zugefügtem Kompen-

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sator zum Anisotropie erzeugenden Anteil in der Schmelze von bis zu 100 : 1 verwendet. Beispielsweise werden Mg : Ir-Verhältnisse von bis zu 100 : 1 benutzt, um die erforderliche Kompensation für eine Zusammensetzung wie Y₃Fe₅ Ir Mg 0 zu erreichen. Es wurde gefunden, daß diese hinzugefügten Kompensatoren das erhältliche K erhöhen. Eine Erklärung hierfür ist die, daß sie die Menge an verfügbarem Kompensator und damit die Menge der Anisotropie erzeugenden Ionen erhöhen, die in den Kristall eingebaut werden können. Es ist auch möglich, verschiedene Ionen in die Schmelze zur Erzeugung^, gewisser gewünschter Eigenschaften im resultierenden-Granat eifiz-uf uhren. Beispielsweise werden zur Einstellung der Gitterkonstante im Sinne einer engen"Anpassung an die eines Gd^Ga₁-O „-Granates (GGG) oder eines anderen gewünschten Substratmaterials, geeignete Ionen, beispielsweise Lanthan oder Lutetium einer Schmelze zugegeben, die Yttrium, Eisen und Iridium enthält. In ähnlicher Weise ist es möglich, den M -Wert des Granates durch Hinzufügen von Ionen wie Gallium herabzusetzen. Die für den Erhalt einer gewünschten Granatzusammensetzung optimale Schmelzzusammensetzung wird unter Anwendung der Kriterien nach Blank aaO als ein Ausgangswert bestimmt, wonach anhand von Kontrollproben die genaue Schmelzzusammensetzung fixiert wird.

Allgemein werden die Granate in Umgebungsluft erzeugt. Jedoch gibt es gewisse begrenzte Situationen, wo es wünschenswert

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1 30037/081 Β

sein mag, die Umgebung oberhalb der Schmelze zu ändern und sonach die Spezies in der Schmelze selber zu steuern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Umgebung gesteuert durch Einführen der gewünschten Gase über das Rohr 19, das Ventil 21 und/oder das Ventil 24 nebst Durchflußmetern 23 und 26. Im allgemeinen ist diese Maßnahme notwendig, wenn eine in den Granat einzuführende gewünschte Spezies in der Schmelze unter atmosphärischen Bedingungen instabil ist. Beispielsweise wird im

2+
Falle des !Compensators Fe bei Atmosphärendruck das Gleichge-

wicht von Fe und Fe stark zum ersteren verschoben. Wenn daher die-Umgebung stärker reduzierend als die atmosphärischen Bedingungen gemacht wird, d. h. bei.einem Sauerstoffpartial-

-■- " -4 -3
druck im Bereich von 10 bis 10 Atmosphären gehalten wird,

2+
dann ist ein größerer Anteil an Fe in der Schmelze vorhanden

2+

und damit ein größerer Anteil an Fe für einen Einbau in den Granat als Kompensator verfügbar. Tatsächlich wurde gefunden,

2+

daß für einen Fe -Kompensator ein maximales K bei einem 0--Partialdruck von annähernd 0,1 Atmosphären erreicht wird. (Es sei bemerkt, daß, sollte es gewünscht sein, den O^-Partialdruck der Atmosphäre einzustellen, dieses zweckmäßig geschieht durch Einführen von Gasen wie eine C0/C0_-Mischung. Die Beziehung zwischen dem Partialdruck von 0_, CO und C0„ bei einer ge-. gebenen Temperatur ist allgemein bekannt. Siehe Muon und Aborn, Phase Equilibria Among Oxides in Steelmaking, Addison Wesley (1965).) Es wird angenommen, daß die Gegenwart eines größeren Kompensator-Anteils ihrerseits die Zugabe einer größeren Menge

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an Anisotropie erzeugendem Ion erlaubt.

Dieses Phänomen erreicht jedoch einen Sättigungspunkt. Es gibt eine Grenze für den Anteil an Anisotropie erzeugendem Ion, der in den Granat unabhängig vom verfügbaren Kompensator-Anteil substituiert. Zusätzlich ist es bei stärker reduzierender Umgebung möglich, das Anisotropie erzeugende Ion zu beeinflussen. Beispielsweise hat Iridium sowohl einen 3 - als auch einen 4 Oxidationszustand. Wird die Atmosphäre zu reduzierend gemacht, dann überwiegt der 3 -Oxidationszustand oder das elementare Iridium, wodurch der Anteil an für einen Einbau in den Granat verfügbarem 4 -Ion begrenzt wird.

Da Steuerungskomplizierungen auftreten, wenn eine andere Umgebung als Luft bei atmosphärischen Bedingungen benutzt wird,

2+ wird vorgezogen, Kondensatoren wie Mg zu verwenden. Magnesium hat nur einen einzigen und unter atmosphärischen Bedingungen stabilen Oxidationszustand/ die Effekte und Schwierigkeiten, die mit dem Einstellen der Atmosphäre verknüpft sind, sind daher vermieden.

Nach dem Niederschlag der Granatschicht ist es möglich, eine Einrichtung zum übertragen der im Granat geführten Magnetblasen vorzusehen. Typischerweise wird hierzu eine hochpermeable Nickeleisenlegierung (Permalloy) in Form eines Musters auf der Granat-

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schicht nach üblichen lithographischen Methoden niedergeschlagen. (Siehe beispielsweise Bobeck at al, Proceedings of the IEEE, 63, 1176 (1975).) Zusätzlich ist eine Einrichtung zur Feststellung oder zum Nachv/eis einwandiger Domänen und zum Erzeugen dieser Domänen ebenfalls erforderlich. Typischerweise wird die Nachweiseinrichtung (Detektor) nach üblichen lithographischen Methoden in Form eines geeigneten Permalloy-Musters erzeugt. In ähnlicher Weise wird eine einwandige Magnetisierungsdomanen abgebende Quelle im Lithographieverfahren hergestellt. (Siehe Bobeck et al. aaO.) Eine Einrichtung zum Aufrechterhalten der einwandigen Magnetisierungsdomänen nach ihrer Erzeugung ist ebenfalls eine erforderliche Komponente einer Blasenvorrichtung. Diese Einrichtung ist üblicherweise ein Permanentmagnet, der die Granatschicht mit ihren zugeordneten Nachweis-, übertragungs- und Erzeugungseinrichtungen umgibt.

Nachstehend sind Beispiele typischer Niederschlagsbedingungen für die epitaktische Granatschicht wiedergegeben.

Beispiel 1

Ein kreisförmiges, 0,051 cm (20 mil) dickes GGG (Gd₃Ga₅O₁₂)-Substrat eines Durchmessers von 5,1 cm (2 Zoll) wurde als das Niederschlagssubstrat benutzt. Das Substrat 7 wurde getrocknet und dann in den Substrathalter 10 (siehe die Zeichnung) einer

8/9 ·

130037/0816 -^); ;·.. >ζϊϊχύ

Apparatur eingesetzt, die eine vorher zubereitete Schmelzzusammensetzung 11 enthielt. Diese Schmelzzusammensetzung wurde hergestellt durch Einbringen einer Mischung von etwa 7,50g Y₂O₃, 90,0 g Fe₂O₃, 22,5 g B₃O₃, 1050 g PbO und 2,59 g IrO₂ in einen Platintiegel 14. Die Schmelze wurde unter Verwendung von Widerstandsheizspulen 18 auf annähernd 1020 ⁰C erhitzt.

Nach Erreichen der Temperatur von 1020 ⁰C wurde die Schmelze 11 etwa 16 Stunden lang der Reaktion überlassen. Die Temperatur der Schmelze wurde dann auf eine Züchtungstemperatur von etwa 915 C abgesenkt. Das Substrat wurde durch Absenken des Stabes 20 auf innerhalb 1 cm oberhalb der Schmelzoberfläche abgesenkt. In dieser Lage wurde das Substrat etwa 6 Minuten lang gehalten und anschließend etwa 2 cm tief in die Schmelze durch erneutes Absenken des Stabes 28 eingetaucht. Das Substrat wurde über den Stab 28 mit 100 Umdrehungen pro Minute gedreht. Diese Drehung wurde etwa 5 Minuten lang aufrechterhalten, wonach das Substrat von der Schmelze heraus und in eine Position von etwa 1 cm oberhalb der Schmelze unter Beibehaltung der Drehung gezogen.wurde. Die Drehung wurde dann auf 400 Umdrehungen pro Minute eine halbe Minute lang erhöht. Sodann wurde die Drehung unterbrochen und wurde das Substrat aus dem Niederschlagsgebiet durch Herausziehen des Stabes 28 mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 cm pro Minute entfernt.

Man erhielt eine kontinuierliche, haftende Granatschicht. Diese

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Schicht war annähernd 9 Mikrometer dick und hatte ein K von annähernd 85 000 erg/cm , eine Linienbreite von annähernd 25 Oe und eine Gitterkonstante, die auf innerhalb 0,0002 Nanometer (0,002 R) dem Substratjgitterparameterjangepaßt war.

Beispiel 2

2+

Eine Serie von fünf Granaten mit sich ändernden (Mg -kompensierten) Ir-Anteilen wurde hergestellt, um die Größe der erhältlichen magnetischen Anisotropie anzugeben. Die Versuchsbedingungen waren dieselben wie in Beispiel 1, äußer daß die Schmelze 2,56 g Y₂O₃, 30,0 g. Fe₂O₃, 7,18 g B₃O₃, 350 g PbO und 1,0 g MgO enthielt. Verschiedene Ir0₂~Anteile wurden diese: Schmelze zugefügt. Der Gesamtanteil des in der Schmelze vorhandenen Ir (ohne Berücksichtigung des in die aufgewachsenen Epischichten eingebauten Ir) und die K 's, die für den in diesem Versuchslauf gezüchteten Granat erhalten wurden, sind in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben:

TABELLE

Probe	IrO„-Gesamtmenge in g	Ku(erg/cm3)
I	0,16	60.QOO
II	0,47	130.000
III	1,07	270.000
IV	1,44	340.000
V	2,00	380.000
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ORIGINAL INSPECTED 10

Die Gitterparameter dieser Schichten nahmen annähernd linear von einem Wert von 1,238 Nanometer (12,38 8) für die Schicht der Probe I aus auf etwa 1,240 Nanometer (12,400 S) für die Schicht der Probe V zu. Man sieht aus der Tabelle, daß die K 's nicht unbegrenzt zunehmen und daß ein Sättigungspunkt für den K -Wert bei zunehmender Iridiumkonzentration erhalten wird. Die Iridium-Menge bei Sättigung wurde als vom vorhandenen MgO-Anteil abhängig befunden. Ein Granat wurde aus einer Schmelze gezüchtet, die dieselbe Zusammensetzung wie für die Proben I bis V besaß, außer daß 1,61 g MgO und 2,41 g IrO„ eingesetzt

. „ wurden. Die Verwendung dieser Kombination lieferte ein K von

^Z- 3

annähernd 450.000 erg/cm . Es wurde jedoch gefunden, daß die

__- Zugabe von weiterem MgO in Verbindung mit einer geeigneten

Erhöhung von IrO,, die erhaltenen K 's nicht wesentlich erhöhen. ^ 2 u

Deshalb scheint es, daß unter diesen Wachstumsbedingungen eine Sättigung für Mg und/oder Ir im Kristall aufgetreten ist.

ι Beispiel 3

Zur Demonstration, daß die magnetischen Eigenschaften der vorliegenden Schichten durch Zugabe verschiedener Materialien zur Schmelze steuerbar sind, wurde eine Granatschicht, die Gallium und Lanthan enthielt, hergestellt. Das Gallium wurde zur Einstellung des magnetischen Momentes und das Lanthan zur Einstellung des Gitterparameters hinzugefügt. Diese Schicht wurde

1 30037/081 5

aus einer Schmelze hergestellt, die 7,51 g Y_?O_,, 3,29 g La„O_, 15,56 g Ga₂O₃, 80,0 g Fe₃O₃, 36,2 g B₃O , 1900 g PbO, 0,418 g IrO₂ und 0,505 g MgO enthielt. Die für die Züchtung dieses Granates benutzten Versuchsbedingungen waren dieselben wie in Beispiel 1 außer, daß. die Gleichgewichts tempera tür 9 50 ⁰C war und die Züchtungstemperatur 84 4 ⁰C betrug. Das Wachstum wurde 8 Minuten lang fortgesetzt, um eine 2,0 Mikrometer dicke Schicht zu erhalten. Das erhaltene magnetische Moment war 230 Gauss, das K war 9000 erg/cm , und die dynamische Koerzitivkraft war annähernd 3 Oe. (Die Größe der Anisotropie war niedrig, da nur ein kleiner Ir0₂~Anteil in der Schmelze benufzt"-wurde. Je-doch wurden einwandige Domänen erzeugt und beobachtet.)

Beispiel 4

Es wurde wie nach Beispiel 1 gearbeitet, außer daß die benutzte Schmelze 3,50 g Y₂°3' ^3O'° 9 ^Fe2°3' ³'^{01 g Zr0}2' ⁷'^{7 g B}2°3' 350 g PbO und 4,00 g Co,0. enthielt. Außerdem betrug die angewandte Züchtungstemperatur etwa 915 C. Eine Züchtungszeit von 3 Minuten lieferte eine 7,0 Mikrometer dicke Granatschicht. Es wurde ein K von annähernd 165.000 erg/cm für diesen kobalthaltigen Granat beobachtet. Der Granat wurde dann 19 Stunden lang in Luft bei 1150 ⁰C ausgeglüht, wonach ein K von annähernd 10.000 erg/cm beobachtet wurde.

1 30037/081 S

Claims (6)

1. BLUMBaCH · WESiZR . BEKGCN ■ KRAMER

   PATENTANWÄLTE IN MUNCHLN UND WIi SBADtN

   Palcntc-oiiMilt Riidiy-l-i-iiiiiB·· ·'.:· "C(IiI Mim· In .1 «I li-lolrm (PIW) Γ,ί! V· 11.5 / 8ß .50 (M li-li.-x Ii'. -i Ι?.·;1.', Ι,Ιι-,γ.γιιιτ.- I ..ti.-nl· (·ιι· u¹-Puti-ntconsull Cionm-nb. nj.T :.ir,i·..· ·1 ; 61'UU VVt·.· 1)·ιιΙ(.·ιι Τι-ΙοΙοπ (1)6171) 5629-J.5/56197."i K;icx 0-1-136Zi/ ϊ.-··-^ji.^:ϊ·ιι.*-. P-iIliiIi.·..-. ,-:!i

   Western Electric Company, Incorporated ■

   New Yor, N.Y., USA . Blank 8

   Magnetblasenvorrichtung auf Granatbasis

   Patentansprüche

   1J Magnetblasenvorrichtung mit

   - einem Substrat,

   τ einer hiervon unterstützten epitaktischen Granatschicht, di( einachsige magnetische Anisotropie als Folge einer Wachstums induzierten Komponente besitzt und eine einwandige Magnetisierungsdomäne zu führen vermag,

   - einer Einrichtung zum Erzeugen und Aufrechterhalten der einwandigen Magnetisierungsdomäne in der Granatschicht,

   - einer Einrichtung zum Übertragen der einwandigen Magnetisierungsdomäne in der Granatschicht,

   - einer Detektoreinrichtung zum Feststellen der Gegenwart der

   München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Oipl.-Phys.Or. rer. nat. · E. Hoflmann Dipl.-Ing.
   Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. 8ergen Prof.Dr. jur.Dipl.-Ing.,Pat.-Ass., Pot.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Inti. Dipl.-W.-Ing.

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   einwandigen Magnetisierungsdoinane und

   - einer Zusammensetzung für die Granatschicht entsprechend der allgemeinen nominellen Formel £a}_ [bJ„ (C)- O₁-, wobei B und C ausreichend Fe-Ionen mit einschließen, um ein magnetisches Moment in dem Granat zu erzeugen,

   dadurch gekennzeichnet , daß

   2+

   - B auch Co und/oder wenigstens ein Ion mit einem, zwei,

   vier oder fünf 4d- oder 5d-Elektronen enthält,

   - A im wesentlichen frei ist von typischen Ionenkombinationen, die eine magnetische Anisotropie zu erzeugen vermögen, und

   - die typische, durch A repräsentierte Ionenkombination X__ Z ist, worin bedeuten

   - X das magnetische Seltene-Erde-Ion des höchsten Molenbruchteils in A und

   - Z die restliche Zusammensetzung von A,

   - mit 0,1 <: y < 2,9.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ion mit den 5d- oder 4d-Elektronen eine geladene Form von Iridium ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Granatschicht eine geladene Form von Magnesium als Kompensator enthält.

   130037/0816
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   das Ion mit den 5d- oder 4d-Elektronen eine geladene Form von Ruthenium ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Granatschicht auf einem
   Gadoliniumgalliumgranat-Substrat (GGG-Substrat) aufgebaut ist,
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Granatschicht in A eine
   geladene Form von Yttrium enthält.

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