EA006289B1 - Data storage device - Google Patents
Data storage device Download PDFInfo
- Publication number
- EA006289B1 EA006289B1 EA200401263A EA200401263A EA006289B1 EA 006289 B1 EA006289 B1 EA 006289B1 EA 200401263 A EA200401263 A EA 200401263A EA 200401263 A EA200401263 A EA 200401263A EA 006289 B1 EA006289 B1 EA 006289B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- storage device
- magnetic
- data
- chain
- domain wall
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
- G11C19/02—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements
- G11C19/08—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure
- G11C19/0808—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure using magnetic domain propagation
- G11C19/0816—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure using magnetic domain propagation using a rotating or alternating coplanar magnetic field
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/70—Resistive array aspects
- G11C2213/81—Array wherein the array conductors, e.g. word lines, bit lines, are made of nanowires
Abstract
Description
Изобретение относится к запоминающему устройству, предназначенному для хранения цифровой информации, такой как машинные файлы, цифровые музыкальные записи, цифровые видеозаписи и т.д. В частности, изобретение относится к запоминающему устройству, в котором запись и считывание данных могут осуществляться неограниченное количество раз.The invention relates to a storage device for storing digital information, such as machine files, digital music recordings, digital video recordings, etc. In particular, the invention relates to a memory device in which data can be written and read an unlimited number of times.
В последние годы появилось большое разнообразие запоминающих устройств, в которых используется ряд носителей для решения ряда задач по хранению цифровых данных. При этом разработаны запоминающие устройства, которые наилучшим образом соответствуют некоторым из множества рабочих характеристик, включающих в себя емкость, скорость доступа, способность к записи/перезаписи, способность стабильно сохранять данные в течение времени (при наличии источника энергии или без него), размер, живучесть, мобильность и т. п.In recent years, a wide variety of storage devices have emerged that use a variety of storage media to solve a number of digital data storage tasks. At the same time, memory devices have been developed that best fit some of the many performance characteristics, including capacity, access speed, write / rewrite ability, ability to stably store data for time (with or without power source), size, survivability , mobility, etc.
Известные ныне запоминающие устройства включают в себя запоминающее устройство на магнитных лентах, запоминающее устройство на жестких магнитных дисках, запоминающее устройство на оптических дисках. Все они демонстрируют преимущества хорошей емкости запоминающего устройства и относительно быстрого доступа к данным, и все они могут быть приспособлены для быстрой записи и перезаписи данных. Все они требуют наличия движущихся компонентов в виде электромеханических или оптических считывающих устройств. Это может ограничить степень, до которой могут быть миниатюризированы устройства, содержащие в себе такие носители данных, а также ограничить использование этих устройств в условиях высоких вибраций. Хотя в каждом из этих случаев ключевым фактором в хранении данных является поверхность носителя, используемые механизмы требуют тщательного контроля свойств также и любой поддерживающей подложки. Таким образом, такие устройства должны иметь тщательно отрегулированную конструкцию. Более того, все они требуют, чтобы считывающее устройство имело доступ к поверхности такого устройства, что может накладывать ограничения на свободу конструктивных решений для такого устройства.Currently known storage devices include a magnetic tape storage device, a hard magnetic disk storage device, and an optical storage device. All of them demonstrate the advantages of good storage capacity and relatively fast access to data, and all of them can be adapted to quickly write and rewrite data. All of them require moving components in the form of electromechanical or optical readers. This may limit the extent to which devices containing such data carriers can be miniaturized, as well as limit the use of these devices in high vibration conditions. Although in each of these cases the surface of the carrier is a key factor in data storage, the mechanisms used require careful control of the properties of any supporting substrate as well. Thus, such devices should have a carefully adjusted design. Moreover, they all require the reader to have access to the surface of such a device, which may impose restrictions on the freedom of design solutions for such a device.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить альтернативное запоминающее устройство для хранения цифровых данных, которое обеспечивает универсальность в альтернативных ситуациях, в частности, которое, например, допускает свою миниатюризацию, и/или которое может быть встроено в другие устройства, такие как смарт-карточки (интеллектуальные карточки, оснащенные микропроцессором), идентификационные бирки и нашивки и т.п., и/или которое может быть размещено на гибких подложках, и/или которое может использоваться в условиях высоких вибраций, и/или которое просто и дешево в изготовлении и т.д.The purpose of the present invention is to provide an alternative digital data storage device that provides versatility in alternative situations, in particular, which, for example, allows its miniaturization, and / or which can be embedded in other devices, such as smart cards (smart cards equipped with a microprocessor), identification tags and stripes, etc., and / or which can be placed on flexible substrates, and / or which can be used in the conditions you Mexico City vibration, and / or which is easy and cheap to manufacture, etc.
Особая цель данного изобретения состоит в том, чтобы предложить запоминающее устройство, которое компактно и эффективно сохраняет цифровые данные и позволяет осуществлять запись и считывание данных на изобретенном устройстве неограниченное количество раз.The particular purpose of this invention is to provide a storage device that compactly and efficiently stores digital data and allows data to be written and read on the invented device an unlimited number of times.
В соответствии с этим, согласно данному изобретению запоминающее устройство для хранения цифровой информации (такой как машинные файлы, цифровые музыкальные записи, цифровые видеозаписи и т. д.) в пригодной для чтения форме содержит в себе один или несколько, и в частности, множество запоминающих элементов, причем каждый запоминающий элемент содержит в себе планарное магнитное проводящее звено, выполненное с возможностью поддержки и продвижения магнитной доменной стенки, выполненное в форме непрерывной дорожки продвижения, при этом на каждой непрерывной дорожке предусмотрено по меньшей мере один, а при необходимости множество и, в частности, большое количество узлов инверсии, в которых направление намагниченности доменной стенки, продвигающейся по проводящему звену под действием соответствующего приложенного поля, изменяется, и в частности, по существу изменяется на противоположное.Accordingly, in accordance with this invention, a storage device for storing digital information (such as machine files, digital music recordings, digital video recordings, etc.) in a readable form contains one or more, and in particular, a plurality of storage media. elements, each storage element contains a planar magnetic conductive element, made with the ability to support and promote the magnetic domain wall, made in the form of a continuous path of progress, while to Each continuous track has at least one, and if necessary, a multitude and, in particular, a large number of inversion nodes, in which the direction of the magnetization of the domain wall advancing along the conductive element under the action of the corresponding applied field changes, and in particular, changes essentially the opposite.
Каждое проводящее звено выполнено в форме непрерывной дорожки продвижения. Для удобства проводящее звено, чтобы образовать такую непрерывную дорожку продвижения, выполнено в форме замкнутого контура. На таком контуре предусмотрено по меньшей мере один, а при необходимости множество и, в частности, большое количество узлов инверсии. Данные способны совершать обход этого замкнутого контура в соответствии с механизмом, описанным ниже. В качестве варианта магнитное проводящее звено не образует полного замкнутого контура узлов инверсии, но, наоборот, образует линейную цепочку узлов инверсии, наделенную средствами, позволяющими передавать данные между двумя концами этой цепочки таким образом, что данные по-прежнему имеют возможность циркулировать по замкнутому контуру, по существу, например, это звено содержит устройство записи данных на одном конце цепочки, устройство считывания данных на другом конце цепочки и дополнительные цепи для электронной передачи данных назад от выхода цепочки к входу цепочки.Each conductive link is made in the form of a continuous advance path. For convenience, the conductive link to form such a continuous advancement path is made in the form of a closed loop. At least one, and, if necessary, many, and in particular, a large number of inversion nodes are provided on such a contour. The data is able to bypass this closed loop in accordance with the mechanism described below. Alternatively, the magnetic conductive link does not form a complete closed loop of the inversion nodes, but, on the contrary, forms a linear chain of inversion nodes, endowed with the means to transfer data between the two ends of this chain in such a way that the data still have the ability to circulate in a closed loop, essentially, for example, this link contains a data recorder at one end of the chain, a data reader at the other end of the chain, and additional chains for electronic data transmission are called d from the output to the input of the chain of the chain.
Для удобства узлы инверсии включают в себя элементы структуры и геометрии проводящего звена, приспособленные для того, чтобы вызывать изменение направления намагниченности домена, а предпочтительно, вызывать по существу изменение направления намагниченности домена на противоположное, при продвижении домена через них под действием соответствующего приложенного поля, такого как переменное по направлению и, в частности, вращающееся магнитное поле.For convenience, the inversion nodes include elements of the structure and geometry of the conductive element, adapted to cause a change in the direction of the magnetization of the domain, and it is preferable to essentially change the direction of the magnetization of the domain to the opposite, as the domain moves through them under the action of the corresponding applied field, as a variable in direction and, in particular, a rotating magnetic field.
Тем не менее, необходимо, чтобы направление проводящего звена и, следовательно, направление продвижения доменной стенки изменялись без резких нарушений непрерывности в какой бы то ни было точке. Поэтому участки проводящего звена, расположенные в области узла инверсии, а также охватыHowever, it is necessary that the direction of the conductive link and, therefore, the direction of advancement of the domain wall change without sharp discontinuities at any point. Therefore, the areas of the conductive element located in the area of the inversion node, as well as the coverage
- 1 006289 вающие этот узел, должны иметь такие элементы конфигурации, чтобы вызывать изменение направления намагниченности домена, а предпочтительно вызывать, по существу, изменение направления намагниченности домена на противоположное при продвижении домена через них, но не вызывать при этом никаких специфических резких изменений направления продвижения доменной стенки.- 1 006289, this node should have such configuration elements to cause a change in the direction of the magnetization of the domain, and it is preferable to cause essentially a change in the direction of the magnetization of the domain to the opposite when promoting the domain through them, but not cause any specific sharp changes in the direction of progress domain wall.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения узел инверсии, по существу, изменение в узле инверсии направления намагниченности на противоположное. В предпочтительном варианте осуществления узел инверсии содержит в себе участок, на котором в проводящем звене обеспечивается изменение направления от направления первоначальной траектории и последующее изменение направления назад к направлению первоначальной траектории так, что никакая прямая траектория продвижения через этот отклоняющий участок невозможна. В частности, отклонения составляют отклонения от первоначальной траектории на угол 90°. По указанным причинам в предпочтительном варианте осуществления изобретения отклонения от первоначальной траектории происходят постепенно на протяжении некоторого расстояния вдоль дорожки проводящего звена. Например, узел инверсии содержит в себе циклоидный участок, входящий в структуру контура проводящего звена, в частности, направленный внутрь контура, или же топологический эквивалент такой структуры.In a preferred embodiment of the invention, the inversion node is essentially a change in the direction of magnetization in the inversion node to the opposite. In a preferred embodiment, the inversion node comprises a portion in which, in a conducting link, a change in direction from the direction of the original path and a subsequent change in direction back to the direction of the original path are provided so that no forward movement path through this deflection section is possible. In particular, the deviations are deviations from the original trajectory at an angle of 90 °. For these reasons, in the preferred embodiment of the invention, deviations from the original trajectory occur gradually over a certain distance along the path of the conducting link. For example, the inversion node contains a cycloid region that is included in the structure of the conductor contour, in particular, directed inside the contour, or the topological equivalent of such a structure.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения на каждом контуре устроено множество таких циклоидных участков. Таким образом, устройство согласно изобретению в его предпочтительном исполнении содержит в себе некоторое количество магнитных проводящих звеньев, выполненных в форме замкнутых контуров, каждый из которых содержит в себе множество циклоид, служащих для осуществления резких изменений направления на противоположное в отношении направления намагниченности доменной стенки, проходящей через них, и, следовательно, служащих точками инверсии для доменных стенок по мере их продвижения вдоль проводящего звена, описанного в изобретении, под действием соответствующего движущего поля.In a preferred embodiment of the invention, a plurality of such cycloid regions are arranged on each loop. Thus, the device according to the invention in its preferred embodiment contains a number of magnetic conductive links made in the form of closed circuits, each of which contains many cycloids that serve to make sharp changes of direction opposite to the direction of the magnetization of the domain wall passing through them, and, therefore, serving as inversion points for the domain walls as they move along the conductor described in the invention, under action of the corresponding driving field.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения каждая циклоида имеет радиус поворота в диапазоне от трех до десяти значений ширины проводящего звена. По возможности циклоида должна быть такой, чтобы при прохождении через нее доменной стенки вызывать существенное изменение направления намагниченности, например, по существу изменение такого направления на противоположное, на 180°.In a preferred embodiment of the invention, each cycloid has a turning radius in the range of three to ten times the width of the conductive element. If possible, the cycloid should be such that when a domain wall passes through it, it causes a significant change in the direction of magnetization, for example, essentially changing this direction to the opposite, by 180 °.
Согласно настоящему изобретению магнитное проводящее звено должно иметь конфигурацию, позволяющую обеспечить поддержание и продвижение доменной стенки под действием управляющего поля. В типичном случае магнитное проводящее звено может быть выполнено в виде непрерывной дорожки из магнитного материала. Таким образом, контуры в устройстве согласно данному изобретению в предпочтительном варианте его осуществления содержат магнитные проволоки, в частности, в общем случае, планарные магнитные проволоки на соответствующей подложке.According to the present invention, the magnetic conductive element must be configured to allow the maintenance and advancement of the domain wall under the action of the control field. In a typical case, the magnetic conductive element can be made in the form of a continuous path of magnetic material. Thus, the circuits in the device according to this invention in a preferred embodiment of its implementation contain magnetic wires, in particular, in general, planar magnetic wires on the corresponding substrate.
Таким образом, запоминающее устройство использует некоторое количество планарных магнитных проводящих звеньев, а в частности, магнитных проволок, которым в предпочтительном варианте осуществления изобретения придана форма замкнутых контуров, включающих в себя циклоиды. В частности, изобретение использует магнитную наномасштабную технологию, при этом устройство включает в себя некоторое количество планарных магнитных нанопроволок, которым в предпочтительном варианте осуществления изобретения придана форма замкнутых контуров, включающих в себя циклоиды.Thus, the storage device uses a number of planar magnetic conductive links, and in particular, magnetic wires, which in the preferred embodiment of the invention are shaped as closed circuits, including cycloids. In particular, the invention uses magnetic nanoscale technology, and the device includes a number of planar magnetic nanowires, which in the preferred embodiment of the invention are shaped as closed loops, including cycloids.
Планарные магнитные нанопроволоки имеют в предпочтительном варианте осуществления ширину менее 1 мкм и формируются на любой подходящей подложке. Ширина является результатом компромисса между повышенной емкостью запоминающих устройств, использующих более узкие нанопроволоки, и издержками и сложностями производства. Однако устройства, содержащие проволоку шириной более одного микрона, вряд ли будут эффективны, а 50 нм являются вероятной определяемой практическим путем нижней границей, эффективной с точки зрения издержек, практически целесообразной ширины для современных технологий формирования такой проволоки. Следует подчеркнуть, что это не является техническим пределом, и что улучшенные технологии производства могли бы сделать практически целесообразными и еще более миниатюрные устройства, воплощающие данное изобретение.Planar magnetic nanowires are in a preferred embodiment, the width of less than 1 μm and are formed on any suitable substrate. The width is the result of a compromise between increased storage capacity of devices using narrower nanowires and the costs and complexity of manufacturing. However, devices containing a wire with a width of more than one micron are unlikely to be effective, and 50 nm are likely to be determined by practical means by a lower limit, cost-effective, practically reasonable width for modern technologies of forming such a wire. It should be emphasized that this is not a technical limit, and that improved production technologies could make practical even more miniature devices embodying this invention.
Проволоки размещаются на подложке в виде тонкого слоя магнитного материала. Толщина проволоки оптимизируется с целью получения оптимальной рабочей характеристики устройства и, в общих чертах, является функцией ширины. В частности, толщина проволоки обычно составляет около 1/40 от ширины проволоки. Толщина проволоки составляет, в общем случае, не менее чем 2 нм, а предпочтительно не менее чем 3 нм. Проволоки на практике едва ли бывают более 25 нм по толщине.The wires are placed on the substrate in the form of a thin layer of magnetic material. The thickness of the wire is optimized in order to obtain an optimal working performance of the device and, in general terms, is a function of the width. In particular, the thickness of the wire is usually about 1/40 of the width of the wire. The thickness of the wire is, in general, not less than 2 nm, and preferably not less than 3 nm. In practice, wires are hardly more than 25 nm thick.
Проволоки могут изготавливаться при помощи фотолитографии, рентгеновской литографии, микроконтактной печати, электронно-лучевой литографии, осаждения через теневую маску или какого-либо другого подходящего способа. Проволоки изготавливаются из магнитных материалов, таких как пермаллой (№80Те20) или СоТе или любого другого мягкого магнитного материала.Wires can be manufactured using photolithography, X-ray lithography, microcontact printing, electron-beam lithography, deposition using a shadow mask, or some other suitable method. The wires are made of magnetic materials, such as permalloy (No. 80 Te 20 ) or CoTe or any other soft magnetic material.
Запоминающее устройство, включающее в себя узлы инверсии, описанные выше, подвергается воздействию соответствующего переменного по направлению, и в частности, вращающегося магнитного поля, способ действия которого описывается более подробно ниже, которое и наделяет узел инверсииThe storage device, which includes the inversion nodes described above, is exposed to a corresponding alternating direction, and in particular, a rotating magnetic field, the mode of action of which is described in more detail below, which also endows the inversion node
- 2 006289 функцией памяти. Организация матрицы из множества контуров, каждый из которых включает в себя один или более узлов инверсии, позволяет устройству в соответствии с изобретением хранить данные последовательно в кольце.- 2 006289 memory function. Arranging a matrix of multiple circuits, each of which includes one or more inversion nodes, allows the device in accordance with the invention to store data sequentially in a ring.
Данные могут быть записаны на устройство согласно изобретению и считаны с него неограниченное количество раз. В отличие от запоминающего устройства на магнитных лентах или запоминающего устройства на жестких магнитных дисках изобретение не требует использования никаких движущихся деталей. Следовательно, оно может быть с легкостью сделано миниатюрным и может использоваться в условиях высоких вибраций. Принцип изобретения очень прост, и производственные издержки могут удерживаться на низком уровне. Более того, для сохранения данных в памяти при неиспользуемом устройстве не требуется никакой энергии.Data can be written to the device according to the invention and read from it an unlimited number of times. Unlike magnetic tape storage or hard magnetic disk storage, the invention does not require the use of any moving parts. Consequently, it can be easily made miniature and can be used in high vibration conditions. The principle of the invention is very simple, and production costs can be kept low. Moreover, to save data in memory when an unused device does not require any energy.
В изобретении используется некоторое количество магнитных проводящих звеньев, таких как планарные магнитные проволоки. Планарные проволоки формируются на некоторой подложке, но в отличие от микроэлектронной памяти эта подложка не играет никакой роли в электронном или магнитном аспекте функционирования устройства и служит, по существу, только в качестве механической опоры. При этом по-прежнему могут использоваться традиционные кремниевые подложки, но поскольку никаких функциональных возможностей от подложки не требуется, могут применяться также и материалы, отличные от кремния, такие как различные виды стекла и пластмассы. В качестве примера можно привести полиимид, такой как Каптон, полиэтилентерефталат или материалы типа Майлара, ацетат, полиметилметакрилат или другие материалы. Пластмассовые подложки имеют преимущество, заключающееся в их низкой стоимости и простоте изготовления, а также предлагают потенциальную возможность механической гибкости, что делает изобретение пригодным для встраивания в пластиковые карточки, такие как смарт-карточки, или размещения на одежде.The invention uses a number of magnetic conductive links, such as planar magnetic wires. Planar wires are formed on some substrate, but unlike microelectronic memory, this substrate does not play any role in the electronic or magnetic aspect of the functioning of the device and serves, essentially, only as a mechanical support. In this case, traditional silicon substrates can still be used, but since no functionality is required from the substrate, materials other than silicon can also be used, such as various types of glass and plastic. An example is polyimide, such as Kapton, polyethylene terephthalate, or materials like Mylar, acetate, polymethyl methacrylate, or other materials. Plastic substrates have the advantage of low cost and ease of manufacture, and also offer the potential for mechanical flexibility, making the invention suitable for embedding in plastic cards, such as smart cards, or placing on clothing.
Поскольку к поверхности предлагаемого в изобретении устройства не требуется никакого механического доступа, подобного тому, что требуется в запоминающих устройствах на компакт-дисках, на магнитных лентах, на жестких магнитных дисках, то большое количество подложек может быть уложено друг на друга таким образом, чтобы образовать трехмерный куб памяти.Since the surface of the device proposed in the invention does not require any mechanical access, similar to what is required in memory devices on compact discs, on magnetic tapes, on hard magnetic disks, a large number of substrates can be stacked on top of each other so as to form three-dimensional cube memory.
Поверхностная плотность хранения данных в предлагаемом в изобретении устройстве является средней, будучи выше, чем значение этого показателя для магнитной ленты, но ниже, чем для жестких магнитных дисков. Скорости записи и считывания могут, если это требуется, быть очень высокими и даже выше чем скорости, присущие накопителям на жестких магнитных дисках. Однако предлагаемое в изобретении устройство хранит данные последовательно в кольце, поэтому время доступа к данному блоку данных, вероятно, будет относительно большим, что ограничивает применение изобретения в качестве прямой замены основного накопителя на жестких магнитных дисках в компьютерах.The surface storage density in the inventive device is average, being higher than the value of this indicator for magnetic tape, but lower than for hard magnetic disks. The read and write speeds can, if required, be very high and even higher than the speeds inherent in hard disk drives. However, the device proposed in the invention stores data sequentially in a ring, so the access time to this data block is likely to be relatively large, which limits the use of the invention as a direct replacement for the main hard disk drive in computers.
Международная заявка на патент РСТ/СВ 01/05072 применяет и развивает некоторые принципы работы Коуберна (Со\\Ъигп) и Уэлланда (\Ус11апН), ссылка на которую давалась выше, при описании того, каким образом цифровые логические схемы могли бы строиться из цепочек наномасштабных точек магнитного материала или наномасштабных планарных магнитных проволок. В частности, приводится описание магнитного вентиля НЕ, который показан на фиг. 1 настоящей заявки.The international patent application PCT / CB 01/05072 applies and develops some of the principles of the work of Koubern (Cooper) and Welland (\ Us11apN), to which reference was made above, when describing how digital logic circuits could be built from chains nano-scale points of magnetic material or nano-scale planar magnetic wires. In particular, a description is given of the magnetic NO gate, which is shown in FIG. 1 of this application.
На фиг. 1 стрелки показывают направление намагниченности в узких полосках магнитного материала, образующего вентиль. Центральный структурный элемент вентиля изменяет направление намагниченности на противоположное при движении слева.FIG. 1, the arrows indicate the direction of magnetization in narrow strips of the magnetic material forming the valve. The central structural element of the valve changes the direction of magnetization to the opposite when moving from the left.
При использовании вентиль должен быть помещен в магнитное поле, вектор напряженности которого поворачивается в течение времени в плоскости устройства. Хотя устройство по данному изобретению не ограничено никакой теорией работы, можно заметить, что в силу магнитной анизотропии формы вектор намагниченности в проволоке обычно принужден располагаться вдоль продольной оси проволоки. Это означает, что имеется два возможных направления намагниченности, и таким образом в данном устройстве существует естественное двоичное представление. Изменение направления намагниченности опосредуется магнитной доменной стенкой, продвигаемой по проволоке приложенным полем. Тот факт, что приложенное поле вращается, означает, что доменные стенки могут перемещаться, огибая углы.When used, the valve must be placed in a magnetic field, the intensity vector of which rotates over time in the plane of the device. Although the device according to the invention is not limited to any theory of operation, it can be seen that, due to the magnetic anisotropy of the shape, the magnetization vector in the wire is usually forced to be located along the longitudinal axis of the wire. This means that there are two possible directions of magnetization, and thus there is a natural binary representation in this device. A change in the direction of magnetization is mediated by a magnetic domain wall propelled along a wire by an applied field. The fact that the applied field rotates means that the domain walls can move around the corners.
Согласно изобретению вентиль НЕ, аналогичный тому, что описан выше, изготавливается соответствующим способом. С точки зрения целей настоящего изобретения идеально, чтобы форма вентиля была слегка изменена по сравнению с той, что изображена на фиг. 1, таким образом, чтобы приобрести форму циклоиды. Выход вентиля снова соединяется с его входом при помощи соответствующего магнитного проводящего звена, такого как планарная магнитная проволока, для того, чтобы образовать замкнутый контур. Матрица из таких контуров образует устройство по данному изобретению в соответствии с этим предпочтительным вариантом его осуществления, при этом устройство включает в себя планарные магнитные нанопроволоки, которым придана форма больших замкнутых контуров, состоящих из последовательно соединенных циклоид, образующих цепочки магнитных вентилей НЕ. Выходной сигнал последнего вентиля НЕ в каждой цепочке подается назад на вход первого вентиля НЕ посредством планарной магнитной проволоки таким образом, чтобы образовать замкнутый контур для циркуляции по нему последовательности данных.According to the invention, a NOT valve, similar to that described above, is manufactured in an appropriate manner. From the point of view of the purposes of the present invention, it is ideal that the shape of the valve is slightly changed compared to that shown in FIG. 1, so as to acquire the form of a cycloid. The output of the valve is again connected to its input using an appropriate magnetic conductive element, such as a planar magnetic wire, in order to form a closed loop. A matrix of such circuits forms a device according to this invention in accordance with this preferred embodiment of the invention, and the device includes planar magnetic nanowires, which are shaped like large closed circuits consisting of series-connected cycloids that form chains of magnetic valves NOT. The output signal of the last valve NOT in each chain is fed back to the input of the first valve NOT by means of a planar magnetic wire so as to form a closed loop for the data sequence to circulate through it.
- 3 006289- 3 006289
Циклоиды служат узлами инверсии для продвигающихся доменных стенок, при продвижении этих доменных стенок по нанопроволокам под действием соответствующего вращающегося рабочего поля способом, который был упомянут выше и будет более подробно описан ниже. Инвертированный выходной сигнал появляется только по истечении временной задержки, равной одной второй периода приложенного вращающегося поля, что делает каждый узел инверсии похожим на ячейку запоминающего устройства емкостью один бит или на триггерную схему. Таким образом, контуры, состоящие из циклоид, выполняют ту же функцию запоминающего устройства, что и последовательный кольцевой сдвиговый регистр, и могут служить запоминающим устройством согласно данному изобретению.Cycloids serve as inversion nodes for advancing domain walls, as these domain walls move along nanowires under the action of a corresponding rotating working field in the manner mentioned above and will be described in more detail below. The inverted output signal appears only after a time delay equal to one second period of the applied rotating field, which makes each inversion node look like a cell of a storage device with a capacity of one bit or a trigger circuit. Thus, the circuits consisting of cycloid, perform the same function of the storage device as the sequential ring shift register, and can serve as a storage device according to this invention.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается система хранения данных, содержащая один или более таких элементов-устройств, как описаны выше и дополнительно содержащая формирователь магнитного поля для создания управляемого переменного по времени движущего магнитного поля. Формирователь магнитного поля в предпочтительном варианте осуществления изобретения настроен таким образом, что движущее поле прикладывается одновременно ко всем циклоидам в данном контуре и может быть приложено одновременно ко всем контурам системы. Это составляет отличительную особенность настоящей системы в работе. Магнитное поле прикладывается ко всему контуру сразу, так что все биты данных продвигаются одновременно, а не прикладывается локально, только под пишущей головкой, что имело бы место в случае с традиционными магнитными запоминающими устройствами.According to another aspect of the invention, a data storage system is proposed comprising one or more such device elements as described above and further comprising a magnetic field driver for creating a controlled time-varying moving magnetic field. The magnetic field shaper in the preferred embodiment of the invention is configured in such a way that the driving field is applied simultaneously to all cycloids in a given circuit and can be applied simultaneously to all circuits of the system. This is a distinctive feature of this system in operation. The magnetic field is applied to the entire contour at once, so that all the data bits are advanced simultaneously, and not applied locally, just under the recording head, which would be the case with traditional magnetic storage devices.
При этом может быть предусмотрено любое подходящее поле. В предпочтительном варианте осуществления изобретения формирователь магнитного поля создает управляемое магнитное поле, состоящее из двух ортогональных полей, действующих в заранее определенной последовательности, предпочтительно переменных, а еще более предпочтительно формирующих периодическое поле, вращающееся в направлении по часовой или против часовой стрелки. При использовании такой системы данные могут храниться в запоминающем устройстве (запоминающих устройствах), соответствующем (соответствующих) первому аспекту данного изобретения.In this case, any suitable field may be provided. In a preferred embodiment of the invention, the magnetic field driver generates a controlled magnetic field consisting of two orthogonal fields operating in a predetermined sequence, preferably variables, and even more preferably forming a periodic field rotating in a clockwise or counterclockwise direction. When using such a system, data may be stored in a storage device (s) corresponding to (relevant) the first aspect of the present invention.
Система может также содержать соответствующие электрические и/или информационные вход и/или выходы, позволяющие использовать это запоминающее устройство в запоминающей системе хранения и поиска информации.The system may also contain appropriate electrical and / or informational inputs and / or outputs that allow the storage device to be used in a storage information retrieval and retrieval system.
Далее на примере, сопровождаемом ссылками на фиг. 2-8, будет описан пример работы магнитного запоминающего устройства, соответствующего принципам данного изобретения.Further, with an example, followed by reference to FIG. 2-8, an example of operation of a magnetic storage device in accordance with the principles of the present invention will be described.
Ссылка на фиг. 1-8 сопровождающих чертежей дается в качестве такой иллюстрации, в которой фиг. 1 - схематическое представление магнитного вентиля НЕ предшествующего уровня развития техники (см. выше);The reference to FIG. 1-8 of the accompanying drawings are given as such an illustration in which FIG. 1 is a schematic representation of a magnetic valve of a NOT prior art level (see above);
фиг. 2 - магнитный вентиль НЕ, модифицированный для использования в качестве запоминающего устройства согласно изобретению;FIG. 2 - magnetic valve NOT, modified for use as a storage device according to the invention;
фиг. 3 - схематическое представление структуры вентиля НЕ, показанного на фиг. 2 (часть А) и ее влияние на доменную стенку, входящую в точке Р под действием вращающегося магнитного поля Н;FIG. 3 is a schematic representation of the structure of the NOT valve shown in FIG. 2 (part A) and its effect on the domain wall entering at point P under the action of a rotating magnetic field H;
фиг. 4 - три магнитных вентиля НЕ, соединенных в кольцо и образующих 5-разрядный сдвиговый регистр в части А, а в части В показано то, как может быть осуществлена принудительная циркуляция простых (кривая I) и сложных (кривая II) последовательностей битов по кольцу посредством приложения вращающегося магнитного поля (звездочка в части А указывает точку на контуре, в которой производились измерения, показанные в точке В);FIG. 4 - three NO magnetic valves connected in a ring and forming a 5-bit shift register in part A, and part B shows how forced circulation of simple (curve I) and complex (curve II) sequences of bits around the ring can be accomplished application of a rotating magnetic field (an asterisk in part A indicates the point on the contour at which measurements were taken, shown at point B);
фиг. 5 - одиннадцать магнитных вентилей НЕ, соединенных в кольцо и образующих 13-разрядный сдвиговый регистр, в части А, а в части В показана простая 13-битовая последовательность данных, совершающих кругооборот по контуру под воздействием вращающегося магнитного поля (звездочка в части А указывает точку на контуре, в которой производились измерения, показанные в точке В);FIG. 5 - eleven magnetic NOT valves, connected in a ring and forming a 13-bit shift register, in part A, and part B shows a simple 13-bit data sequence that circulates the circuit under the influence of a rotating magnetic field (an asterisk in part A indicates the point on the contour in which the measurements were taken, shown at point B);
фиг. 6 - схематическая иллюстрация механизма записи и считывания данных, предлагаемого в данном изобретении;FIG. 6 is a schematic illustration of the mechanism for writing and reading data proposed in this invention;
фиг. 7 - схематическая иллюстрация некоторого количества магнитных контуров на одной и той же подложке, адресуемых индивидуально при помощи электронных мультиплексоров и демультиплексоров;FIG. 7 is a schematic illustration of a number of magnetic circuits on the same substrate, addressed individually by electronic multiplexers and demultiplexers;
фиг. 8 - схематическая иллюстрация укладки стопкой некоторого количества подложек, каждая из которых содержит некоторое количество контуров с данными, с целью получения трехмерного куба памяти.FIG. 8 is a schematic illustration of stacking a stack of a number of substrates, each of which contains a number of data outlines, in order to obtain a three-dimensional memory cube.
На фиг. 2 показан вентиль НЕ, аналогичный вентилю, приведенному на фиг. 1, но специально приспособленный, чтобы оптимально соответствовать настоящему изобретению, имея форму циклоиды. Вентиль получен при помощи обработки сфокусированным ионным лучом пленки пермаллоя (И180Ге20) толщиной 5 нм на кремниевой подложке. Магнитному материалу на изображении соответствует только яркий белый тон, другой контрастный ему тон, получился в результате многоступенчатого процесса обработки во время изготовления вентиля. На фиг. 2а показан вентиль, у которого его выход соединен в обратном направлении со входом при помощи планарной магнитной проволоки таким образом, что сформирован замкнутый контур. Фиг. 2Ь дает крупный план структуры вентиля, которая имеет форму циклоиды. На фиг. 2с показаны результаты магнитооптических измерений в точках I и II. Налицо задержка длительностью в полпериода между изменением состоянии входа (кривая I) и выхода (кривая II),FIG. 2 shows a NOT valve, similar to that shown in FIG. 1, but specifically adapted to optimally comply with the present invention, having the form of a cycloid. The valve was obtained by treating a permalloy film (I1 80 Ge 20 ) with a thickness of 5 nm on a silicon substrate with a focused ion beam. The magnetic material in the image corresponds only to a bright white tone, another contrasting tone to it, resulting from a multi-stage process during the manufacturing of the valve. FIG. 2a shows a valve in which its output is connected in the opposite direction to the inlet using a planar magnetic wire in such a way that a closed loop is formed. FIG. 2b gives a close-up view of the valve structure, which has the shape of a cycloid. FIG. 2c shows the results of magneto-optical measurements at points I and II. There is a delay of half a period between the change in the state of the input (curve I) and the output (curve II),
- 4 006289 причем задержка равна одной второй периода приложенного вращающегося магнитного поля, что соответствует функции памяти.- 4 006289 and the delay is equal to one second period of the applied rotating magnetic field, which corresponds to the memory function.
Фиг. 3 дает объяснение инвертирующему действию циклоиды и, в частности, происхождению этой задержки. В условиях низких значений напряженности магнитного поля направление намагниченности внутри субмикронных планарных ферромагнитных проволок из-за сильной магнитной анизотропии формы стремится расположиться вдоль продольной оси проволоки. Когда две противоположно направленные намагниченности встречаются внутри проволоки, переориентация магнитных моментов последовательно расположенных атомов происходит не резко, а постепенно на протяжении определенного расстояния, в результате чего образуется доменная стенка.FIG. 3 explains the inverting effect of the cycloid and, in particular, the origin of this delay. Under conditions of low magnetic field strengths, the direction of magnetization inside submicron planar ferromagnetic wires, due to the strong magnetic anisotropy of the shape, tends to settle along the longitudinal axis of the wire. When two oppositely directed magnetizations are found inside the wire, the reorientation of the magnetic moments of consecutive atoms does not occur sharply, but gradually over a certain distance, as a result of which the domain wall is formed.
В настоящий момент известно, что доменные стенки могут распространяться по прямой субмикронной магнитной проволоке при приложении магнитного поля, параллельного проволоке. При использовании настоящего изобретения прикладывается магнитное поле, вектор напряженности которого поворачивается с течением времени в плоскости образца, что может быть использовано для продвижения доменных стенок по магнитным проволокам, которые также меняют направление и огибают углы. Вращение по часовой стрелке или против часовой стрелки определяет хиральность магнитного поля. Доменная стенка должна продвигаться, огибая угол магнитной проволоки, при том условии, что поле и угол имеют одну и ту же хиральность. Однако хиральность угла зависит от направления продвижения доменной стенки, так что внутри вращающегося магнитного поля данной хиральности доменная стенка будет способна пройти через данный угол только в одном направлении. Это удовлетворяет важному требованию любых логических систем о том, что должно существовать однозначно определенное направление потока сигнала. Два стабильных направления намагниченности в субмикронных магнитных проволоках предоставляют естественные средства представления двух булевых логических состояний, и это вместе с использованием вращающегося магнитного поля составляет базу для функционирования каждого логического элемента запоминающего устройства.Currently, it is known that domain walls can propagate along a straight submicron magnetic wire when a magnetic field is applied parallel to the wire. When using the present invention, a magnetic field is applied, the intensity vector of which is rotated over time in the plane of the sample, which can be used to move the domain walls along magnetic wires, which also change direction and bend around corners. Rotation clockwise or counterclockwise determines the chirality of the magnetic field. The domain wall must advance, bending around the angle of the magnetic wire, provided that the field and the angle have the same chirality. However, the chirality of the angle depends on the direction of advancement of the domain wall, so that inside the rotating magnetic field of a given chirality, the domain wall will be able to pass through this angle only in one direction. This satisfies the important requirement of any logical system that there should be a uniquely defined signal flow direction. Two stable directions of magnetization in submicron magnetic wires provide a natural means of representing two Boolean logical states, and this, together with the use of a rotating magnetic field, forms the basis for the functioning of each logical element of the storage device.
Циклоида, изображенная на фиг. 3, обеспечивает выполнение инвертирующей функции и демонстрирует функциональные возможности вентиля НЕ при помещении его в соответствующее вращающееся магнитное поле. Представьте, что магнитное поле вращается в направлении против часовой стрелки. Доменная стенка, прибывающая в пункт «Р» (фиг. 3В) узла, будет продвигаться, огибая первый угол узла (фиг. 3С), и далее до пункта «р» по мере того, как вектор напряженности приложенного поля поворачивается от горизонтального к вертикальному направлению. Намагниченность между пунктами «Р» и «О» теперь будет непрерывной (фиг. 3В). Далее по мере того, как вектор напряженности магнитного поля продолжает свое вращение в сторону противоположного горизонтального направления, доменная стенка должна продвигаться, огибая второй угол узла, выйдя в пункте «К» и восстановив непрерывную намагниченность между пунктами «О» и «К». Намагниченность проволоки непосредственно после узла теперь должна быть противоположной по направлению по сравнению с намагниченностью проволоки непосредственно перед узлом. Этот узел должен, следовательно, выполнять требуемую функцию НЕ с задержкой на распространение сигнала, равной половине периода поля. Эта операция аналогична тому, как разворачивается машина, при выполнении трехпозиционного разворота.The cycloid shown in FIG. 3, provides the implementation of the inverting function and demonstrates the functionality of the valve NOT when it is placed in a corresponding rotating magnetic field. Imagine a magnetic field rotating in a counterclockwise direction. The domain wall arriving at point "P" (Fig. 3B) of the node will move, bending around the first corner of the node (Fig. 3C), and then on to point "p" as the vector of the applied field strength turns from horizontal to vertical. direction. The magnetization between points "P" and "O" will now be continuous (Fig. 3B). Further, as the magnetic field vector continues its rotation in the direction of the opposite horizontal direction, the domain wall should move, bending around the second corner of the node, going out at point "K" and restoring the continuous magnetization between points "O" and "K". The magnetization of the wire immediately after the knot should now be opposite in direction compared to the magnetization of the wire directly in front of the knot. This node should, therefore, perform the required function NOT with a signal propagation delay equal to half the field period. This operation is similar to how the car turns around when performing a three-position reversal.
Таким образом, между прибытием стенки в точку входа и уходом ее из точки выхода имеется общая временная задержка длительностью в половину периода. В данном изобретении мы устанавливаем, что данная синхронная задержка имеет связанную с ней функцию памяти, которая может быть использована путем соединения большого количества магнитных вентилей НЕ последовательно и последующей передачей выходного сигнала этой цепочки назад на вход.Thus, between the arrival of the wall at the point of entry and its departure from the exit point there is a total time delay of half a period. In this invention, we establish that this synchronous delay has a memory function associated with it, which can be used by connecting a large number of magnetic valves NOT in series and then transmitting the output signal of this chain back to the input.
На фиг. 4 показан редуцированный вариант изобретения, в котором три вентиля НЕ были соединены в цепочку, и выходной сигнал цепочки подавался на начало цепочки по планарной магнитной проволоке. В устройство вводили две различные последовательности битов данных при помощи приложенных специальным образом магнитных полей и затем, начав вращение магнитного поля, начали круговое перемещение данных по контуру.FIG. 4 shows a reduced version of the invention in which three valves were NOT connected in a chain, and the output signal of the chain was fed to the beginning of the chain via a planar magnetic wire. Two different sequences of data bits were introduced into the device using magnetic fields applied in a special way and then, starting the rotation of the magnetic field, they began circular movement of data along the contour.
Кривая I, приведенная на фиг. 4Ь, показывает циркулирующую по цепочке простую последовательность битов: структура сигнала повторяется каждые 5 циклов вращающегося поля. Кривая II, приведенная на фиг. 4Ь, показывает циркуляцию по контуру более сложной последовательности с периодом равным 5 циклам вращения поля. Последовательность битов данных сдвигается на один шаг вправо за каждый полный цикл вращающегося поля. Эти данные были получены с использованием поля, вращающегося против часовой стрелки, и поэтому данные циркулировали по магнитному кольцу в направлении против часовой стрелки. Было установлено, что изменение направления вращения поля на направление по часовой стрелке приводит к тому, что данные меняют свое направление на противоположное, и начинают циркулировать по магнитному кольцу в направлении по часовой стрелке.Curve I shown in FIG. 4b shows a simple bit sequence circulating in the chain: the signal structure repeats every 5 cycles of the rotating field. Curve II shown in FIG. 4b, shows the circulation along the contour of a more complex sequence with a period equal to 5 cycles of field rotation. The sequence of data bits is shifted one step to the right for each full cycle of the rotating field. This data was obtained using a field rotating counterclockwise, and therefore the data were circulated around the magnetic ring in a counterclockwise direction. It was found that changing the direction of rotation of the field to the clockwise direction causes the data to change its direction to the opposite, and begin to circulate along the magnetic ring in the clockwise direction.
На фиг. 5 показан тест предлагаемого в изобретении устройства, использующего 11 вентилей НЕ. На фиг. 5Ь показана простая последовательность битов, циркулирующая по контуру, с периодом повторения, равным 13 циклам вращающегося поля.FIG. 5 shows a test of a device according to the invention using 11 NOT valves. FIG. 5b shows a simple sequence of bits circulating around the contour with a repetition period of 13 cycles of the rotating field.
Данные записываются в каждый контур при помощи полученного литографическим способом провода с электрическим током, проходящего поверх или под планарной магнитной проволокой. ДанныеData is recorded in each circuit using a lithographic wire with an electric current passing over or under the planar magnetic wire. Data
- 5 006289 считываются из каждого контура при помощи магнитного туннельного перехода присоединенного к одному участку контура или при помощи измерения электрического сопротивления доменной стенки при нахождении ее в одном из углов проволоки или при помощи измерения электрического сопротивления доменной стенки при нахождении ее в одном из вентилей НЕ.- 5 006289 are read from each circuit by means of a magnetic tunnel junction connected to one circuit section or by measuring the electrical resistance of a domain wall when it is in one of the corners of the wire or by measuring the electrical resistance of a domain wall while it is in one of the NO gates.
На фиг. 6 показаны примеры этих способов ввода/вывода данных. Данные записываются в контур при помощи полученного литографическим способом провода (61) с электрическим током, проходящего поверх или под кольцом. Данные циркулируют по контуру в направлении, указанном стрелкой А. Данные считываются из контура либо при помощи образования магнитного туннельного перехода между двумя электрическими контактами (62) в одной точке контура (верхний рисунок) или при помощи наложения двух электрических контактов (63) для измерения электрического сопротивления любой доменной стенки, содержащейся в пределах маленькой части кольца (нижний чертеж).FIG. 6 shows examples of these input / output methods. The data is written into the circuit using the lithographic wire (61) with an electric current passing over or under the ring. The data circulates around the circuit in the direction indicated by arrow A. Data is read from the loop either by forming a magnetic tunnel junction between two electrical contacts (62) at one point in the loop (upper figure) or by overlapping two electrical contacts (63) to measure electrical resistance of any domain wall contained within a small part of the ring (bottom drawing).
В варианте осуществления данного изобретения (не показанном на фигуре) магнитное проводящее звено само не образует замкнутого контура с узлами инверсии, но, напротив, образует линейную цепочку узлов инверсии, имеющую устройство записи данных на одном конце цепочки и устройство считывания данных на другом конце цепочки. В этом случае необходимо, чтобы внешние цепи управления подавали электронным способом данные назад, с выхода цепочки на вход цепочки, таким образом, чтобы данные по прежнему были способны циркулировать по очевидно замкнутому контуру.In an embodiment of the present invention (not shown in the figure), the magnetic conductive link itself does not form a closed loop with inversion nodes, but, on the contrary, forms a linear chain of inversion nodes having a data recorder at one end of the chain and a data reader at the other end of the chain. In this case, it is necessary for the external control circuits to feed the data electronically back from the output of the chain to the input of the chain, so that the data are still able to circulate around an apparently closed loop.
Замкнутые контуры находятся в магнитном поле, вектор напряженности которого поворачивается с течением времени в плоскости контуров с частотой вращения, находящейся в пределах 1 Гц - 200 МГц. Модуль напряженности поля может быть постоянным при вращении поля, что придает годографу вектора напряженности магнитного поля форму окружности, или этот модуль может изменяться, что придает годографу вектора напряженности магнитного поля эллиптическую форму. Это может быть достигнуто в небольших по площади устройствах путем размещения под контурами электромагнитной полосковой линии и последующего пропускания переменного электрического тока по этой полосковой линии. В устройствах, занимающих большую площадь, подложка, несущая на себе контуры, размещается внутри четырехполюсного электромагнита.Closed contours are in a magnetic field, the intensity vector of which rotates over time in the plane of the contours with a rotation frequency in the range of 1 Hz - 200 MHz. The field strength module can be constant when the field rotates, which gives the hodograph of the magnetic field strength vector to the shape of a circle, or this module can change, which gives the hodograph of the magnetic field strength vector to an elliptical shape. This can be achieved in small-sized devices by placing an electromagnetic strip line under the contours and then passing an alternating electric current along this strip line. In devices that occupy a large area, the substrate, which carries contours on itself, is placed inside a four-pole electromagnet.
Модуль напряженности магнитного поля должен быть достаточно велик, чтобы обеспечить возможность продвигать доменную стенку по всему ее пути через каждый вентиль НЕ, но не настолько велик, чтобы доменные стенки могли зарождаться независимо от механизма ввода данных. Поле, которое требуется для продвижения доменной стенки через каждый вентиль НЕ, может быть настроено путем изменения толщины проволоки контуров, ширины проволоки контуров и магнитного материала, использованного для изготовления контура. Данное поле должно быть достаточно большим, чтобы устройство не подвергалось стиранию от воздействия окружающих магнитных полей рассеяния. Если стирание под действием полей рассеяния представляет реальную угрозу, то устройство, предлагаемое в изобретении, может быть экранировано при помощи мю-металла. Оптимизированное устройство будет использовать напряженности приложенного поля в диапазоне 50-200 Э.The magnitude of the magnetic field must be large enough to allow the domain wall to be propelled along its entire path through each NOT gate, but not so large that the domain walls could originate independently of the data entry mechanism. The field that is required to move the domain wall through each NOT gate can be configured by changing the thickness of the contour wires, the width of the contour wires and the magnetic material used to make the contour. This field must be large enough so that the device is not subject to erasure from the effects of ambient magnetic stray fields. If erasure under the action of stray fields is a real threat, then the device proposed in the invention can be shielded with mu-metal. The optimized device will use the applied field strengths in the range of 50-200 E.
Устройство, предлагаемое в изобретении, может, как показано на фиг. 7, содержать на одной подложке большое количество контуров с данными, при этом для адресации к нужному контуру используются электронные мультиплексоры и демультиплексоры. На фигуре ряд контуров показан расположенным между формирователями сигнала и мультиплексорами (71), обеспечивающими запись данных, и демультиплексорами и усилителями (72), обеспечивающими считывание данных.The device according to the invention may, as shown in FIG. 7, to contain a large number of data circuits on one substrate, while electronic multiplexers and demultiplexers are used to address the desired circuit. In the figure, a series of loops is shown located between the signal conditioners and the multiplexers (71) providing data recording, and the demultiplexers and amplifiers (72) providing data reading.
Для приведенного варианта применения следует найти оптимальное соотношение между количеством контуров и количеством вентилей НЕ. Небольшое количество контуров, каждый из которых содержит большое количество вентилей НЕ, можно очень просто и дешево объединить в один модуль, но это чревато отказом всего устройства в случае, если в силу производственных дефектов неисправен один вентиль НЕ. Такое объединение также будет иметь большое время доступа к данным, поскольку придется ждать истечения в среднем большого количества циклов синхронизации, пока данный блок данных совершит свое круговое перемещение в позицию считывания. Большое количество контуров, каждый из которых содержит малое количество вентилей НЕ, будет весьма устойчиво к отказам отдельных вентилей НЕ (контур, содержащий неисправный вентиль, может быть с легкостью удален из схемы, не снизив при этом заметно общую емкость запоминающего устройства) и будет иметь малое время доступа, но потребует организации большего количества точек считывания и записи (и, следовательно, повлечет более высокие издержки), при этом будет более сложно объединить большое количество контуров в один корпус интегральной схемы. На всех фигурах в данном документе показаны контуры, состоящие из 8 вентилей. Это количество является чисто иллюстративным - на практике каждый контур будет содержать многие тысячи вентилей.For the above application, an optimal ratio should be found between the number of circuits and the number of valves NOT. A small number of circuits, each of which contains a large number of valves NOT, can be very easily and cheaply combined into one module, but this is fraught with the failure of the entire device if, due to manufacturing defects, one valve is NOT. Such a combination will also have a long data access time, since you will have to wait for the average number of synchronization cycles to expire while this data block performs its circular movement to the read position. A large number of circuits, each of which contains a small number of NOT valves, will be very resistant to failures of individual NOT valves (the circuit containing the faulty valve can be easily removed from the circuit without reducing the overall storage capacity noticeably) and will have a small access time, but will require organizing more points of reading and writing (and, therefore, will entail higher costs), it will be more difficult to combine a large number of contours into one casing integral with hemy. All figures in this document show the contours consisting of 8 valves. This number is purely illustrative - in practice, each circuit will contain many thousands of valves.
Особой отличительной особенностью изобретения является то, что оно при размещении контуров с данными не ограничено двухмерной плоскостью. В отличие от запоминающих устройств на компактдисках, на магнитных лентах и на жестких магнитных дисках к поверхности предлагаемого в изобретении устройства не требуется никакого механического доступа. Подложки могут быть уложены друг на друга таким образом, чтобы образовать трехмерный куб памяти, как это показано на фиг. 8. Это дает то преимущество, что позволяет достигнуть гораздо более высоких плотностей размещения данных в запоA particular feature of the invention is that it is not limited to a two-dimensional plane when placing contours with data. Unlike memory devices on CDs, on magnetic tapes and on hard magnetic disks, no mechanical access is required to the surface of the device proposed in the invention. The substrates can be stacked on top of one another in such a way as to form a three-dimensional memory cube, as shown in FIG. 8. This gives the advantage of allowing much higher data densities in software to be achieved.
- 6 006289 минающем устройстве. Если это желательно, все подложки, содержащиеся в кубе, могут совместно использовать одно и то же приложенное вращающееся магнитное поле, что поддерживает синхронизацию слоев между собой и снижает степень сложности устройства.- 6 006289 to a miner. If desired, all the substrates contained in the cube can share the same applied rotating magnetic field, which keeps the layers in sync with each other and reduces the complexity of the device.
Предлагаемое в изобретении устройство может быть сконфигурировано для ввода/вывода одного последовательного потока данных или, если это необходимо, потоки слов данных шириной во множество битов могут храниться с использованием нескольких колец или слоев, расположенных параллельно.The device proposed in the invention can be configured to input / output one serial data stream or, if necessary, data word streams with multiple bits can be stored using several rings or layers arranged in parallel.
По причине низкого показателя времени доступа изобретение не пригодно для замены основных жестких магнитных дисков в компьютерах. Однако оно может найти свое применение в некоторых из следующих ситуаций (равно как и в других ситуациях):Due to the low access time, the invention is not suitable for replacing main hard magnetic disks in computers. However, it may find its use in some of the following situations (as well as in other situations):
временное хранение цифровых музыкальных записей для карманных цифровых аудио-плееров, таких как плееры формата МР3. Это применение требует недорогого энергонезависимого перезаписываемого устройства хранения цифровой информации, которая обычно воспроизводится последовательно. Вентиль НЕ, использующий планарные проволоки шириной 200 нм, занял бы площадь размером 1 мкм2. Один слой площадью 1 см2, покрытый цепочками с данными, обеспечил бы таким образом хранение последовательно передаваемых данных объемом 12 мегабайтов, что достаточно для 12 мин музыкальных записей качества компакт-диска. Укладка слоев один на другой обеспечит хранение несколько часов аудиозаписей качества компакт-диска при очень низкой стоимости устройства;temporary storage of digital music recordings for pocket digital audio players, such as MP3 players. This application requires an inexpensive non-volatile rewritable digital storage device, which is usually reproduced sequentially. A NOT gate using planar wires 200 nm wide would occupy an area of 1 micron 2 . A single layer of 1 cm 2 covered with chains of data would thus provide storage of sequentially transmitted data of 12 megabytes, which is enough for 12 minutes of CD-quality music recordings. Laying the layers one on top of the other will ensure storage of several hours of CD-quality audio recordings at a very low cost;
временное хранение цифровых фотографий в цифровых фотокамерах. Эту функцию в настоящий момент выполняет электронная флэш-память, которая имеет высокую стоимость и ограниченное количество циклов перезаписи;temporary storage of digital photos in digital cameras. This function is currently performed by electronic flash memory, which has a high cost and a limited number of rewrite cycles;
энергонезависимое автономное запоминающее устройство для мобильных телефонов, персональных органайзеров, наладонных компьютеров и смарт-карточек.non-volatile autonomous storage device for mobile phones, personal organizers, handheld computers and smart cards.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB0207160A GB0207160D0 (en) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | Data storage device |
| PCT/GB2003/001266 WO2003083874A1 (en) | 2002-03-27 | 2003-03-25 | Data storage device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200401263A1 EA200401263A1 (en) | 2005-04-28 |
| EA006289B1 true EA006289B1 (en) | 2005-10-27 |
Family
ID=9933766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200401263A EA006289B1 (en) | 2002-03-27 | 2003-03-25 | Data storage device |
Country Status (20)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1514276A1 (en) |
| JP (1) | JP4463564B2 (en) |
| CN (1) | CN100452243C (en) |
| CU (1) | CU23099A3 (en) |
| EA (1) | EA006289B1 (en) |
| GB (1) | GB0207160D0 (en) |
| HK (1) | HK1070982A1 (en) |
| HR (1) | HRP20040884A2 (en) |
| IS (1) | IS7506A (en) |
| MA (1) | MA27296A1 (en) |
| MX (1) | MXPA04009307A (en) |
| MY (1) | MY135448A (en) |
| NO (1) | NO20043958L (en) |
| NZ (1) | NZ535781A (en) |
| OA (1) | OA12989A (en) |
| PL (1) | PL373815A1 (en) |
| TW (1) | TWI310938B (en) |
| WO (1) | WO2003083874A1 (en) |
| YU (1) | YU91604A (en) |
| ZA (1) | ZA200407730B (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2008107998A (en) | 2005-08-03 | 2009-09-10 | Инджениа Текнолоджи Лимитед (Gb) | ACCESS TO MEMORY |
| KR100819142B1 (en) * | 2005-09-29 | 2008-04-07 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | Method of generating strong spin waves and spin devices for ultra-high speed information processing using spin waves |
| WO2009037910A1 (en) * | 2007-09-19 | 2009-03-26 | Nec Corporation | Magnetic random access memory, its writing method, and magnetoresistive effect element |
| JP5327543B2 (en) * | 2007-09-20 | 2013-10-30 | 日本電気株式会社 | Magnetic random access memory |
| WO2009122990A1 (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-08 | 日本電気株式会社 | Magnetoresistive effect element and magnetic random access memory |
| DE112012000271B4 (en) | 2011-02-16 | 2022-01-05 | International Business Machines Corporation | Ferromagnetic unit that ensures high domain wall velocities |
| JP5653379B2 (en) | 2012-03-23 | 2015-01-14 | 株式会社東芝 | Magnetic storage element, magnetic memory, and magnetic storage device |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3774179A (en) * | 1971-07-22 | 1973-11-20 | J Wiegand | Ferromagnetic storage medium |
| US3811120A (en) * | 1973-04-05 | 1974-05-14 | Bell Telephone Labor Inc | Magnetic domain propagation arrangement having channels defined by straight line boundaries |
| GB9925213D0 (en) * | 1999-10-25 | 1999-12-22 | Univ Cambridge Tech | Magnetic logic elements |
| DE10033486A1 (en) * | 2000-07-10 | 2002-01-24 | Infineon Technologies Ag | Integrated memory (MRAM), whose memory cells contain magnetoresistive memory effect |
| GB0019506D0 (en) * | 2000-08-08 | 2000-09-27 | Univ Cambridge Tech | Magnetic element with switchable domain structure |
-
2002
- 2002-03-27 GB GB0207160A patent/GB0207160D0/en not_active Ceased
-
2003
- 2003-03-14 TW TW92105590A patent/TWI310938B/en not_active IP Right Cessation
- 2003-03-25 MX MXPA04009307A patent/MXPA04009307A/en not_active Application Discontinuation
- 2003-03-25 CN CNB038120003A patent/CN100452243C/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-03-25 EP EP03745327A patent/EP1514276A1/en not_active Withdrawn
- 2003-03-25 NZ NZ535781A patent/NZ535781A/en unknown
- 2003-03-25 MY MYPI20031073 patent/MY135448A/en unknown
- 2003-03-25 EA EA200401263A patent/EA006289B1/en not_active IP Right Cessation
- 2003-03-25 YU YU91604A patent/YU91604A/en unknown
- 2003-03-25 OA OA1200400256A patent/OA12989A/en unknown
- 2003-03-25 CU CU20040210A patent/CU23099A3/en unknown
- 2003-03-25 WO PCT/GB2003/001266 patent/WO2003083874A1/en active IP Right Grant
- 2003-03-25 JP JP2003581205A patent/JP4463564B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-03-25 PL PL03373815A patent/PL373815A1/en unknown
-
2004
- 2004-09-21 MA MA27872A patent/MA27296A1/en unknown
- 2004-09-21 NO NO20043958A patent/NO20043958L/en unknown
- 2004-09-23 ZA ZA200407730A patent/ZA200407730B/en unknown
- 2004-09-24 HR HR20040884A patent/HRP20040884A2/en not_active Application Discontinuation
- 2004-10-15 IS IS7506A patent/IS7506A/en unknown
-
2005
- 2005-05-17 HK HK05104090A patent/HK1070982A1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW200306536A (en) | 2003-11-16 |
| OA12989A (en) | 2006-10-13 |
| NO20043958L (en) | 2004-12-27 |
| JP4463564B2 (en) | 2010-05-19 |
| CN1656568A (en) | 2005-08-17 |
| NZ535781A (en) | 2005-05-27 |
| YU91604A (en) | 2006-05-25 |
| TWI310938B (en) | 2009-06-11 |
| MY135448A (en) | 2008-04-30 |
| MXPA04009307A (en) | 2005-07-05 |
| HK1070982A1 (en) | 2005-06-30 |
| GB0207160D0 (en) | 2002-05-08 |
| IS7506A (en) | 2004-10-15 |
| WO2003083874A8 (en) | 2005-02-17 |
| CN100452243C (en) | 2009-01-14 |
| EA200401263A1 (en) | 2005-04-28 |
| JP2006504210A (en) | 2006-02-02 |
| PL373815A1 (en) | 2005-09-19 |
| HRP20040884A2 (en) | 2005-02-28 |
| CU23099A3 (en) | 2005-12-20 |
| ZA200407730B (en) | 2005-08-31 |
| EP1514276A1 (en) | 2005-03-16 |
| WO2003083874A1 (en) | 2003-10-09 |
| MA27296A1 (en) | 2005-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bobeck et al. | Magnetic bubbles | |
| US7554835B2 (en) | Memory access | |
| US7502244B2 (en) | Data storage device | |
| KR20100081537A (en) | Information storage device comprising magnetic structure and methods of manufacturing and operating information storage device | |
| Porod et al. | Better computing with magnets-the simple bar magnet, shrunk down to the nanoscale, could be a powerful logic device | |
| EA006289B1 (en) | Data storage device | |
| CN101211652B (en) | Information storage devices using magnetic domain wall movement and methods of manufacturing the same | |
| US3230515A (en) | Thin magnetic film memory structure | |
| JP2008072124A (en) | Method for recording and reading information of information storage equipment using movement of magnetic domain wall | |
| KR100912436B1 (en) | Data storage device | |
| JP2006504210A5 (en) | ||
| US20100085659A1 (en) | Information storage devices using magnetic domain wall motion | |
| EP0032157B1 (en) | Magnetic bubble domain exchanging circuit | |
| JP2008172219A (en) | Information storage device utilizing domain wall displacement and manufacturing method therefor | |
| US3794988A (en) | Programmable electromagnetic logic | |
| US3760390A (en) | Cylindrical domain associative memory apparatus | |
| US4156937A (en) | Noncirculating register for bubble memory systems | |
| JPS598906B2 (en) | magnetic bubble storage device | |
| GB2436490A (en) | Multiple layer magnetic logic memory device | |
| GB2430318A (en) | Multiple layer magnetic logic memory device | |
| JPS5911983B2 (en) | Bubble domain generator | |
| EP0097524A2 (en) | Magnetic bubble memory device | |
| JPS6118276B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |