FI57673B - Magnetisk domaenanordning - Google Patents

Magnetisk domaenanordning Download PDF

Info

Publication number
FI57673B
FI57673B FI2693/73A FI269373A FI57673B FI 57673 B FI57673 B FI 57673B FI 2693/73 A FI2693/73 A FI 2693/73A FI 269373 A FI269373 A FI 269373A FI 57673 B FI57673 B FI 57673B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
amorphous
magnetic
substrate
domains
medium
Prior art date
Application number
FI2693/73A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI57673C (fi
Inventor
Praveen Chaudhari
Jerome John Cuomo
Richard Joseph Gambino
Original Assignee
Ibm
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibm filed Critical Ibm
Application granted granted Critical
Publication of FI57673B publication Critical patent/FI57673B/fi
Publication of FI57673C publication Critical patent/FI57673C/fi

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
    • G11C19/085—Generating magnetic fields therefor, e.g. uniform magnetic field for magnetic domain stabilisation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/0009—Materials therefor
    • G02F1/0036—Magneto-optical materials
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
    • G11B11/10—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
    • G11B11/10—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field
    • G11B11/105—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field using a beam of light or a magnetic field for recording by change of magnetisation and a beam of light for reproducing, i.e. magneto-optical, e.g. light-induced thermomagnetic recording, spin magnetisation recording, Kerr or Faraday effect reproducing
    • G11B11/10582—Record carriers characterised by the selection of the material or by the structure or form
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
    • G11B11/10—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field
    • G11B11/105—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field using a beam of light or a magnetic field for recording by change of magnetisation and a beam of light for reproducing, i.e. magneto-optical, e.g. light-induced thermomagnetic recording, spin magnetisation recording, Kerr or Faraday effect reproducing
    • G11B11/10582—Record carriers characterised by the selection of the material or by the structure or form
    • G11B11/10586—Record carriers characterised by the selection of the material or by the structure or form characterised by the selection of the material
    • G11B11/10589—Details
    • G11B11/10591—Details for improving write-in properties, e.g. Curie-point temperature
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/04—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam
    • G11C13/06—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using optical elements ; using other beam accessed elements, e.g. electron or ion beam using magneto-optical elements
    • 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
    • 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
    • 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
    • G11C19/0866—Detecting magnetic domains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • H01F10/13—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • H01F10/13—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F10/132—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing cobalt
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • H01F10/13—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F10/133—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing rare earth metals
    • H01F10/135—Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals containing rare earth metals containing transition metals

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Developing Agents For Electrophotography (AREA)

Description

ΐ:·^τ:ΐ rRl KUULUTUSJULKAISU rn/πτ ·Μ UTLAGG N I NGSSKRI FT 57673 ^ ^ (S1) Ky.lk.3/(nt.CI.3 H 01 F 10/10 SUOMI —FINLAND (21) Ρ·*·η«»>·ΐΜΐηΜ — PttMtamMuilns 2693/73 (22) Htk«mliptlvl — Aiweknlngadtf 29.08.73 (23) AJkupllvl—GUtighrtadif 29·08.73 (41) Tullut JulklMkil — Bllvlt oftyntllj 01.03.7^
Patentti· Ja rakittarihallltiis (+4) NihavUaipwwn j« kuuL|uik>iwn pvm.—
Patent· och regictentyrelsen Anteion utisgdoch utUkriftm pubiictnd 30.05.80 " (32)(33)(31) hT*·*** ttuolkuui —Btglrd priority 29.08.72 USA(US) 28^513 Toteennäytetty-Styrkt " (71) International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 1050U, USA(US) (72) Praveen Chaudhari, Briarcliff Manor, New York, Jerome John Cuomo, Bronx,
New York, Richard Joseph Gambino, Yorktown Heights, New York, USA(US) (7M Oy Kolster Ah (5M Magneettinen domeenilaite - Magnetisk domananordning
Esillä oleva keksintö koskee laitteistoa, jossa käytetään pääasiassa amorfisia magneettisia koostumuksia, joilla on yksiakselinen magneettinen anisotropia.
Amorfiset aineet ovat tekniikassa tunnettuja ja ne voidaan yleensä luokitella joko metalleihin tai ei-metalleihin. Metallit kuvataan joko Bemal-mallin (missä vallitsee tiivis mielivaltainen pakkaus (pachning)) mukaan _ taikka mikrokiteisten mallien mukaan. Amorfiset aineet käsittävät Ρά-Si- ja
Mn-0-lejeeringit.
Ei-metalliset amorfiset aineet ovat yleensä kovalenttisesti sidottuja ja "ovoniset" aineet (jotka rakentuvat Ovshinsky-efektille) ovat esimerkki sellaisesta aineesta. Ei-metallisia amorfisia aineita ovat esimerkiksi SiOg-, Si-, Ge- ja Ce-Te-lejeeringit.
Eiemetallisia amorfisia aineita on käytetty erilaisiin sovellutuksiin, mukaanluettuna sädeosoitteellinen informaation varastointi, mikä käy ilmi amerikkalaisesti patentista 3 530 441. Tämä aikaisemmin tunnettu tekniikka ei kuitenkaan käytä amorfista magneettista ainetta, jolla on yksiakselinen anisotropia, sellaisiin sovellutuksiin kuin magneto-optiset laitteet ja kupla-domeenijärjestelmät (kupla-alue-järjestelmät). Amorfisten magneettisten ai- 2 57673 neiden käyttäminen permanettimagneettien aineena ei myöskään ole tekniikassa tunnettua. Tällaiset aineet olisivat arvokkaita monissa sovellutuksissa tällä alueella. Esimerkiksi voidaan amorfista ainetta sijoittaa minkä tyyppiselle alustalle hyvänsä eikä sen tarvitse sopia yhteen alustan kanssa hilan suhteen. Edelleen eivät luontaiset alustaefektit ole vahingollisia myöhemmin sijoitetun amorfisen aineen ominaisuuksille.
Muihin amorfisen aineen etuihin sisältyy se seikka» että koostumusta voidaan säädellä ominaisuuksien optimoimiseksi ilman niitä rajoituksia» jotka yhdisteen stökiömetria aiheuttaa. Tämä merkitsee» että rajoitukset» jotka aiheutuvat niiden aineiden faasidiagrammoista» jotka on yhdistettävä» eivät ole aktuelleja, kun amorfisia aineita valmistetaan. Edelleen voidaan amorfisia aineita valmistaa alhaisissa lämpötiloissa ja yksinkertaisella tekniikalla, kuten höyrystyksellä, elektrodihöyrystyksellä jne.
Mitä erityisesti tulee magneettisiin amorfisiin aineisiin, ei sellaisia rakenteellisia virheitä esiinny amorfisissa aineissa» jotka voisivat vaikeuttaa magneettisten domeenien (alueiden, saarekkeiden) siirtoa ja sydän-muodostusta aineessa. Edelleen voi näissä aineissa olla koostumuksia, jotka vaihtelevat suurilla alueilla, valittujen magneettisten ominaisuuksien parantamiseksi. Häiritsevien aineiden lisääminen koostumukseen ei epäsuotuisalla tavalla vaikuta kerroksen rakenteellisiin tai magneettisiin ominaisuuksiin ja tätä voidaan käyttää suuremman joustavuuden saavuttamiseksi koostumuksia muodostettaessa.
Amorfisia kalvoja (filmejä), jotka sisältävät monikomponenttijärjestelmän, on käsitelty kirjallisuudessa. Niinpä esimerkiksi kuvaa Savatzky ym. aikakausjulkaisussa Journal of Applied Physics, 42, 1 tammikuuta 1971 sivulla 367 sen tyyppisiä kalvoja, jotka ovat amorfisia elektrodihöyrystyksessä ja sen jälkeen kiteisiä kovettamisprosessin jälkeen. Eräässä toisessa artikkelissa aikakausjulkaisussa Science Research, Voi. 4» 1969, kuvaa E. Giess ym. sivulla 493 gadolinium-rautagranaattikalvoja, joiden kidesuuruus on välillä 30-50 Ä. Ferromagneettista amorfista kalvoa, joka muodostuu Fe-C-P-lejeerin- - gistä, kuvaa Duwez ym. julkaisussa Journal of Applied Physics, 38» 10 syyskuuta 1967, sivulla 4096. Niissä amorfisissa kalvoissa, joita kuvataan edellä mainituissa julkaisuissa, eiole yksiakselista magneettista anisotropiaa.
Amorfisia magneettisia kalvoja koostumuksista Fe Gd kuvaa J. Orehotsky x y julkaisussa Journal of Applied Physics, 43, 5 toukokuuta 1972, sivulla 2413* Tarkoituksella selittää ei-kyllästystä näissä kalvoissa ehdottaa kirjoittaja kohtisuoran anisotropian esiintymistä, mikä kuuluu isotrooppiseen rasitukseen kalvon tasossa.
Esillä olevaaan keksintöön liittyen on voitu todeta, että yksiakselinen 3 57673 anisotropia voidaan saada esiin amorfisissa magneettisissa kalvoissa ja että anisotropia voidaan aikaansaada alustarajoituksista riippumattomasti. Tämä merkitsee, että yksiakselinen anisotropia voidaan aikaansaada parijärjestyk-sellä tai muotoindusoidulla anisotropialla. Todelliset amorfiset koostumukset voivat muodostua yhdestä ainoasta alkuaineesta tai useista alkuaineista.
Näiden amorfisten koostumusten käyttäminen laitesovellutuksissa eliminoi monia aikaisemmin tunnetun tekniikan epäkohtia, missä täytyi käyttää kiteistä magneettista ainetta.
Esillä olevan keksinnön yhtenä päämääränä on siten aikaansaada magneettisia laitelmia käyttäen pääasiassa amorfisia magneettisia koostumuksia.
— Keksinnön toisena päämääränä on aikaansaada laitelmia järjestelmissä käyttäen pääasiassa amorfisia magneettisia koostumuksia, joiden ominaisuudet voivat vaihdella laajalla alueella. Lisäksi on yhtenä keksinnön päämääränä aikaansaada magneettikupladomeenijärjestelmä käyttäen amorfista magneettista ainetta magneettikupladomeenien (-alueiden) kantamiseen.
Vielä yhtenä päämääränä on aikaansaada magneettikupladomeenijärjestely, jossa domeeneja helposti voidaan siirtää riippumatta rakenteellisista virheistä tai epäpuhtauksista siinä aineessa, joka kantaa kupladomeeneja.
Keksinnön yhtenä päämääränä on aikaansaada magneto-optisia järjestelmiä käyttäen amorfista magneettista ainetta valosäteiden modulointiin.
Vielä yhtenä keksinnön päämääränä on aikaansaada magneettisia domeeneja käyttäen laitelmia, jotka voidaan valmistaa helposti ja alennetuin kustannuksin.
Amorfiset magneettiset koostumukset valmistetaan joko massa- taikka ohutkalvomuodossa. Edelleen voidaan amorfisia magneettisia osasia valmistaa sideaineessa käytettäväksi joko nauhoilla tai levyillä. Nämä koostumukset muodostetaan yhdestä ainoasta alkuaineesta tai monikomponenttijärjestelmästä, jossa ainakin yhdellä komponentilla on "pariton spin". Siten on koostumuksilla magneettinen momentti ja ne ovat magneettisesti järjestynyttä ainetta.
Näillä amorfisilla aineilla on ei-magnet©kiteinen yksiakselinen magneettinen anisotropia, joka voi olla yhdensuuntainen tai kohtisuorassa kalvojen tasoa vastaan, jotka on valmistettu näistä koostumuksista. Anisotropia esiintyy jollakin seuraavista tavoista tai niiden yhdistelmänä: parijärjestys, muotoanisotropia tai rasituksen indusoima anisotropia.
Nämä amorfiset koostumukset ovat mikrokiteisellä alueella, missä atomi-järjestys, jos sellainen esiintyy, on olemassa suuruus luokka-alueella 25 -100 1. Sitäpaitsi esiintyy keksinnön mukaisesti amorfisia aineita, joilla on rakenne, joka riippumatta esiintyvästä atomijärjestyksestä on pienemmillä väleillä kuin 25 A.
Binääriset ja ternääriset koostumukset ovat erityisen sopivia esillä- 57673 4 olevan keksinnön soveltamiseen. Tähän sisältyvät sekä yhdisteet että lejee-ringit ja sopiva esimerkki on olotilasiirtymät harvinaisissa maametallikoos-tumuksissa. Esimerkiksi Gd-Co-lejeeringit taikka Gd-Fe-lejeeringit ovat varsin käyttökelpoisia.
Näiden olennaisesti amorfisten koostumusten magneettisia ominaisuuksia voidaan valmistuksessa muuttaa muuttamalla valmistusprosessia taikka aineksien keskinäisiä suhteita koostumuksessa. Edelleen voidaan koostumusten magneettisia ominaisuuksia muuttaa valmistuksen jälkeen ja kalvoja voidaan helposti "doopata" ilman että haitallisesti vaikutetaan magneettisiin ominaisuuksiin. Esimerkiksi voidaan amorfisia koostumuksia harvinainen maametalli-koboltti ja harvinainen maametalli-rauta helposti doopata hapella, typellä, hiilellä jne. tarkoituksella vaikuttaa magneettisiin ominaisuuksiin.
Näitä magneettisia koostumuksia voidaan käyttää moninaisissa suoritusmuodoissa. Jos esimerkiksi anisotropia muodostaa suoran kulman kerroksen _ tason kanssa» voidaan kalvoja käyttää magneto-optisissa järjestelmissä ja magneettikupladomeenijärjestelmissä. On ymmärrettävä, että esillä olevat olennaisesti amorfiset magneettikalvot antavat sisällään tilaa magneettisille domeeneille ja silloin erityisesti magneettikupladomeeneille. Edelleen voidaan näitä magneettikupladomeeneja siirtää magneettikalvossa tavoin, jotka ovat identtisiä niiden kanssa, jotka ovat tunnettuja domeenien siirtämistekniikas-8a. Sen johdosta että amorfisia kalvoja ei tarvitse valmistaa tarkkaan hilaan-sovitetulle alustalle ja sen johdosta, että virheet ja epäpuhtaudet kalvossa eivät vahingoita domeeninsiirtoa, ovat olennaisesti amorfisen kupladomeeniai-neen suuret edut aivan ilmeiset. Koska lisäksi näiden amorfisten kalvojen magneettisia ominaisuuksia voidaan muuttaa, voidaan niitä käyttää permanentti-magneettietujännitekerroksena ennestään tunnettua tyyppiä olevan magneetti-kupladomeeniaineen yhteydessä samoinkuin myös esillä olevan keksinnön mukaisen amorfisen kupladomeeniaineen yhteydessä.
Sen johdosta, että esillä olevia amorfisia aineita voidaan valmistaa magneettisina osasina sopivassa sideaineessa, voidaan edellyttää välitön käyttö nauha- taikka levysovellutuksissa. Edelleen voidaan amorfisia kalvoja sijoittaa metalliselle tai ei-metalliselle alustalle mukaanluettuna taipuisat alustat. Sen vuoksi niitä voidaan käyttää varastointiaineina mitä tahansa tyyppiä olevissa tietoja käsittelevissä järjestelmissä.
Esillä olevia amorfisia aineita voidaan käyttää valomodulaattoreina, joissa valon intensiteettiin, joka kulkee läpi amorfisen kalvon, vaikuttaa domeenin läsnäolo tai poissaolo siinä paikassa, johon valoläikkä osuu. Polarisoidun tulovalon polarisaatio kääntyy amorfisen aineen tilan mukaan kohdassa, johon valonsäde osuu. Analysaattoria käytetään sen ilmaisemiseksi, onko amorfisessa kalvossa valoläikän kohdalla magneettinen domeeni vaiko ei. Selektii- 5 57673 visesti tuottamalla magneettinen domeeni amorfiseen kalvoon polarisoidun tulovalosäteen osumakohdan alueelle voidaan sen säteen intensiteetti saada vaihtelemaan, jonka ilmaisin vastaanottaa sen kuljettua amorfisen kalvon lävitse, joten aikaansaadaan valomodulaattori.
Yleisesti katsottuna vaikutetaan intensiteettiin siinä valossa, joka kulkee amorfisen kalvon lävitse, sillä murto-osalla kalvoaluetta, jonka peittävät domeenit, jotka on magnetoitu valonetenemissuunnassa. Tätä murto-osaa ohjataan helposti ulkoisella magneettikentällä, jota käytetään aikaansaamaan domeenimagnetointi edulliseen suuntaan.
Muuttamalla ominaisuuksia varsinaisessa amorfisessa aineessa voidaan ^ aikaansaada permanenttimagneettirakeita. Nämä ovat käyttökelpoisia etujänni-tekerroksena magneettikupladaneenijärjestelmissä sekä myös alueilla, missä vaaditaan permanenttimagneettiainetta.
Sdelleen on voitu todeta, että esillä olevan keksinnön mukaisia amorfisia koostumuksia voidaan käyttää sädeosoitteellisissa amorfisissa koostumuksissa. Keksinnön lähemmät tunnusmerkit annetaan oheisissa patenttivaatimuksissa.
Edellä mainitut ja muita keksinnön päämääriä, ominaisuuksia ja etuja käy ilmi eeuraavasta, keksinnön edullisten suoritusmuotojen selityksestä, joka liittyy oheisiin piirustuksiin.
Kuvio IA on elektronisädemikrokuva esillä olevan keksinnön mukaisen amorfisen magneettisen koostumuksen diffraktiomallista, kun taas kuvio IB on elektronisädekuva saman aineen diffraktiomallista sen jälkeen kun aine on kovetettu tarkoituksella saattaa se kiteiseen muotoon.
Kuviot 2A ja 2B ovat valokuvia kuvion IA mukaisessa amorfisessa aineessa olevista magneettidomeeneista, jotka valokuvat kuvaavat magneettisten domeenien liikettä, kun magneettikenttä vaikuttaa amorfiseen aineeseen.
Kuvio 3A on käyrä magnetoinnista funktiona kobolttikonsentraatios-
O
ta amorfisessa Gd-Co-lejeeringissä.
"" Kuvio 3B on toinen käyrä magnetoinnista funktiona koostumuksesta
B
amorfisessa Gd-Co-lejeeringissä, jota käytetään osoittamaan sitä muutosta magnetoinnissa, joka esiintyy, kun doopausaineita lisätään amorfiseen aineeseen.
jr
Kuvio 4A on käyrä inversisestä ominaispituudesta u funktiona *r(h kobolttikonsentraatiosta amorfisessa Gd-Co-lejeeringissä.
Kuvio 4B on käyrä pituudelta L funktiona esillä olevan keksinnön mukaisen amorfisen kalvon paksuudesta.
Kuvio 5 on käyrä domeeninrajaenergiasta (4'Γδω) funktiona elektrodi-höyrystysetujännitteestä, joka on annettu alustalle sijoitettaessa esillä 6 57673 olevan keksinnön mukaista amorfista magneettista lejeerinkiä.
Kuvio 6 on käyrä kerrostumisnopeudesta funktiona vaikuttavasta suurtaan uus energiasta amorfisten magneettisten lejeerinkien elektrodihöyrystyk-sessä, joka käyrä kuvaa noin 50 örstedin magneettikentän vaikutusta kerrosta-misprosessin aikana.
Kuvio 7 on käyrä amorfisen yksiakselisen magneettikerroksen anisotro-piasta K^ funktiona magneettikerroksen paksuudesta.
Kuvio 8 on käyrä kerrostumisnopeudesta (logaritmisessä mittakaavassa) funktiona alustalämpötilan käänteisarvosta, joka käyrä kuvaa sitä amorfinen/ kiteinen - muuttumista, joka esiintyy tietyissä kerrostamisolosuhteissa.
Kuvio 9 on kuva magneettikupladomeenijärjestelmästä käytettäessä amorfista magneettista ainetta kupladomeeniaineena.
Kuvio 10 yksityiskohtainen kuva osasta kuviossa 9 kaaviollisesti esitettyä piiriä. _
Kuvio 11 kuvaa magneto-optista valomodulaattoria, missä esillä olevaa amorfista magneettiainetta on käytetty valoamoduloivana aineena.
Kuvio 12 on kuvaus magneettikupladomeeniaineesta tämän yhteyteen järjes-tettyine kerroksineen amorfista magneettista ainetta, joka toimii esijännite-kerroksena magneettisille domeeneille kupladomeeniaineessa.
Kuvio 13 on kuvaus nauha- taikka levy-informaationkäsittelyjärjestel-mästä, jossa käytetään esillä olevan keksinnön mukaisia amorfisia magneettisia aineita muistiinmerkitsemieaineena.
On valmistettu olennaisesti amorfisia magneettisia koostumuksia, joilla on yksiakselinen anisotropia ja jotka ovat käyttökelpoisia monissa magneettisissa sovellutuksissa. Näitä koostumuksia voidaan valmistaa massa- ja ohutkalvomuodossa taikka ne voivat esiintyä magneettisina osasina kantavassa sideaineessa. Koska on kysymys amorfisista aineista, ei alustan valinnalla ole mitään merkitystä ja sellaiset seikat kuin hilasovitus voidaan jättää huomioonottamatta. Tämä yksinkertaistaa koostumuksen kerrostamista minkä tyyppiselle alustalle tahansa ja lisää suuressa määrin valmistustuottoa, joka on saavutettavissa, kun käytetään esillä olevaa lajia olevia aineita.
Nämä magneettiset koostumukset voivat muodostua yhdestä ainoasta alkuaineesta taikka alkuaineiden yhdistelmästä, joita esiintyy monikomponentti-järjestelmässä. Vähintään yhdellä komponentilla täytyy olla pariton etektroni-spin, niin että koostumus saa magneettisen momentin. Tämä merkitsee, että on kysymys magneettisesti järjestetystä aineesta.
Näillä amorfisilla magneettisilla aineilla on yksiakselinen anisotropia, joka voi olla suorassa kulmassa tai yhdensuuntainen sen kalvon tason kanssa, joka sisältää nämä amorfiset magneettiset koostumukset. Anisotropia johtuu seuraavien ilmiöiden yhdistelmästä tai jostakin niistä: 7 57673 A. Parijärjestys B. Muotoanisotropia C. Rasituksen indusoima anisotropia.
Esillä olevassa keksinnössä ei ole olennaista, että yksiakselinen anisotropia aikaansaadaan erityisellä tavalla.
Edellä mainitut kolme ilmiötä yksiakselisen anisotropian tuottamiseksi keksinnön mukaisiin olennaisesti amorfisiin kalvoihin ovat yleisesti tunnettuja tekniikassa eikä niitä yksityiskohtaisesti selitetä tässä. Lienee riittävää mainita, että parijärjestys käsittää kahden atomin kombinaation, joiden magnetointi paritetaan magneettisen dipolin muodostamiseksi. Magneettiset parit orientoidaan tiettyihin suuntiin, jotka synnyttävät sen yksiakselisen anisotropian, joka vaaditaan käyttöä varten magneettisissa laitelmissa.
Muotoanisotropia syntyy johtuen magneettisten alueiden geometrisesta ^ muodosta. Esimerkiksi tulee järjestetyllä tihentymällä atomeja alueella, jossa on pääasiallisesti järjestämätöntä ainetta, olemaan magnetointi, joka on suunnattu pitkin atomitihentymän pituusakselia, koska tämä akseli on ensisijainen magneettisen momentin orientoinnissa. Pitkin lyhyttä akselia sillä alueella, jonka atomitihentymä määrittää, esiintyy voimakkaita demagnetointi-kenttiä.
Edelleen aikaansaavat koostumusvaihtelut amorfisessa aineessa faasi-erottumisia, jotka aiheuttavat tämän tyyppisen anisotropian. Faasiero tarkoittaa sekä tilaa eri koostumusalueilla, jotka sijaitsevat lähellä toisiaan, ja saman koostumuksen lähellä sijaitsevien alueiden tilaa, kun koostumuksella on erilaisia rakennefaaseja (so. yksi alue on amorfinen samalla loin toinen on enemmän kiteinen). Esimerkkinä faasierosta voidaan mainita amorfinen magneettinen Gd-Co-lejeerinki, joka voi muodostua paikallistetuista alueista, jotka ovat Co-rikkaita, ja toisista paikallistetuista alueista, jotka ovat Gd-rikkaita. Jos nämä molemmat alueet sijaitsevat lähellä toisiaan, tulee faasiero aiheuttamaan yksiakselisen anisotropian.
Rasituksen indusoima anisotropia johtuu erilaisuuksista hilaparamet-reissä alustassa ja paikallistetuilla alueilla amorfisessa kalvossa taikka myös se riippuu erilaisuuksista termisissä kertoimissa amorfisessa kalvossa ja sen alustassa. Tämän tyyppinen rasitus voi myös tulla avustavaksi tekijäksi yksiakseliselle anisotropialle esillä olevan keksinnön mukaisissa olennaisesti amorfisissa kalvoissa.
Esillä olevan keksinnön mukaisilla amorfisilla magneettisilla koostumuksilla on mikrokiteisyyttä ja/tai olennaisesti amorfinen rakenne. Molemmat nämä rakenteet poikkeavat monikiteisistä ja yksikiteisistä rakenteista, joita tekniikassa tunnetaan magneettisten koostumusten yhteydessä. Esimerkiksi voi esillä olevan keksinnön mukaisilla amorfisilla aineilla olla paikallistettu β 57673 atomijärjestys. Jos kuitenkin tämä atomijärjestys esiintyy» on se olemassa matkoilla 25-100 i, jos aine on mikrokiteistä taikka matkoilla alle 25 jos aine on olennaisesti amorfista* On tietysti ymmärrettävää» että voi esiintyä myös sellainen tapaus» että olennaisesti ei ole mitään atomijärjestystä» missä tapauksessa on kysymys pääasiallisesti puhtaasti amorfisesta aineesta.
Esillä olevan keksinnön mukaiset amorfiset aineet muodostuvat yksinkertaisista magneettisista alkuaineista taikka monikomponenttijärjestelmästä. Esimerkkejä viimeksimainituista järjestelmistä ovat binääriset ja temääriset lejeeringit ja yhdisteet. Erityisen sopivia aineita ovat koostumukset» jotka sisältävät harvinaisia maa-metalleja ja siirtymämetallialkuaineita. Tässä __ voidaan mainita Gd-Co» Gd-Fe, Y-Co ja La-Co. Näitä koostumuksia voidaan vaihdella laajalla alueella ilman yhdisteen stökiömetriasta johtuvia rajoituksia johtuen ainesosien faasidiagrammasta. Tämän vuoksi voidaan aineiden magneettiset ominaisuudet erityisesti muodostaa kunkin erikoisen suoritusmuodon mukaan. Esimerkiksi voidaan koostumusalueet valita siten» että atomimomentti harvinaisessa maametallissa ja metallialkuaineessa lähes kumotaan» minkä johdosta saadaan aine» jolla on alhainen kyllästysmagnetointi» millä lienee erityistä arvoa kupladomeeniaineena.
Näissä amorfisissa magneettisissa koostumuksissa on pitkällemenevä magneettinen järjestys ja niillä on yksiakselinen anisotropia. Yksinkertaisimmassa muodossaan ne muodostuvat elementeistä» joilla on magneettinen momentti. Esimerkkejä tästä ovat 4f-sarja (harvinaiset maametallialkuaineet) ja 5f-sarja (aktinidialkuaineet). Edelleen sisältyy rautaryhmä siirtymämetalleis-ta (3d-sarja). Tämän lisäksi tulevat alkuaineet» joilla on magneettinen momentti, kun ne sijaitsevat erityisessä tilassa, esimerkiksi sellaiset alkuaineet kuten Mn, Cr, V ja Pd.
Jokaiselle amorfiselle koostumukselle, joka muodostuu yhdestä alkuaineesta, pätee, että mitä tahansa epämagneettista alkuainetta voidaan lisätä koostumukseen suhteellisen pieniä määriä ilman että magneettiset ominaisuudet — häiriytyvät. Tämä merkitsee, että heikentäminen (laimentaminen) epämagneetti-silla alkuaineilla (esim. 0, C, P ja N) voidaan suorittaa ilman epäsuotuisaa vaikutusta magneettisiin ominaisuuksiin. Sen vuoksi voi olla edullista lisätä pieniä määriä (yleensä noin 2 atomiprosenttia) näitä epämagneettisia alkuaineita amorfisen kalvon valmistuksen yksinkertaistamiseksi. Jos suuria määriä lisätään, vaikutetaan tietysti magneettisiin ominaisuuksiin. Niinpä esimerkiksi suuremmat määrät kuin noin 50 atomiprosenttia tuhoavat magneettisen järjestyksen.
Binäärisiä koostumuksia, jotka sisältävät ainakin yhtä aikaisemmin mainituista alkuaineista, voidaan myös käyttää esillä olevan keksinnön mukai- 3 57673 siin amorfisiin magneettisiin aineisiin. Binäärisillä koostumuksilla on yleensä helpompi työskennellä, koska ne säilyttävät amorfisen rakenteensa suuremmilla lämpötila-alueilla kuin amorfiset yksialkuaineiset materiaalit. Samoinkuin kysymyksen ollessa yksialkuainemateriaalista voidaan pieniä määriä epämagneettisia alkuaineita lisätä koostumukseen.
Toinen muutos, joka voidaan suorittaa binääreillä amorfisilla koostumuksilla, on suuremman konsentraation (2-50 atomiprosenttiä) epämagneettista alkuainetta lisääminen magneettisten ominaisuuksien vaihtelemiseksi. Esimerkiksi kuparia voidaan lisätä magneettisen momentin heikentämiseksi.
Ternäärisiä yhdistelmiä edellä mainituista Jd-, 4f- ja 5f-alkuaineista voidaan myös valmistaa yksiakselisen magneettisen anisotropian omaavien amorfisten koostumusten aikaansaamiseksi. Samoinkuin binäärisissä koostumuksissa voidaan suurehkoja konsentraatioita epämagneettisia alkuaineita lisätä magneettisten ominaisuuksien muuttamiseksi näissä temäärisissä koostumuksissa. Samoin voidaan pieniä määriä epämagneettista ainetta lisätä, jotta tulee helpommaksi muodostaa amorfisia kalvoja ilman että magneettisiin ominaisuuksiin epäsuotuisasti vaikutetaan. On ymmärrettävää, että epämagneettisen aineen määrä, joka lisätään, on oltava riittämätön, jotta magneettinen järjestys amorfisessa kalvossa menetettäisiin.
Esillä olevan keksinnön mukaisilla amorfisilla aineilla on laajalti magneettinen järjestys ja ne ovat joko ferromagneettisia, ferrimagneettisia tai antiferromagneettisia. Tietysti se magneettinen järjestys, joka antaa yksiakselisen anisotropian, joka on näissä aineissa, juuri vuorostaan tekee aineet hyvin käyttökelpoisiksi laitelmasovellutuksiin.
Näiden koostumusten magneettisia ominaisuuksia voidaan muuttaa valmistuksen kuluessa taikka valmistuksen jälkeen erityisiin suoritusmuotoihin sovelluttamista varten. On todettu, että magneettiset ominaisuudet hyvin suuresti riippuvat koostumusalueesta ainesosille ja myös kerrostamisolosuhteista, jotka vallitsevat koostumusta valmistettaessa. Kuitenkin on magneettisten ominaisuuksien riippuvuus kerrostamisparametreista pienempi kuin se riippuvuus, joka liittyy ainesosien koostumusalueisiin. Sellaisia prosesseja kuin kovettaminen ja ioninistutus voidaan käyttää näiden amorfisten koostumusten valmistuksen jälkeen magneettisten ominaisuuksien modifioimiseksi. Edelleen voidaan näitä magneettisia aineita doopata häiritsevillä aineilla ilman että kalvojen rakenteellisiin magneettisiin ominaisuuksiin vaikutetaan epäsuotuisaan suuntaan. Senvuoksi ei tule vaikutetuksi magneettisten domeenien liikkeeseen kalvoissa, kuten on laita konventionaalisilla kiteisillä magneettisilla kalvoilla. Esimerkkejä erityisistä amorfisista magneettisista koostumuksista, jotka ovat sopivia useihin sovellutuksiin, esitellään seuraavassa ja taulukoita aineista ja niiden ominaisuuksista on annettu selityksen lopussa.
10 57673
Riippuen vaihtelevasta yhteisvaikutuksesta, joka esiintyy näissä aineissa, on mahdollista aikaansaada eristeitä, johteita ja puolijohteita, jotka ovat olennaisesti amorfisia. Metalleissa ja puolijohteissa voi vuorovaikutus olla joko suora seuraus atomiratojen limittymisestä taikka epäsuoraan riippuvainen johde-elektroneista. Nämä ovat mekanismeja, jotka tekevät amorfiset aineet sopiviksi magneettisiin sovellutuksiin. Kuitenkin on vuoro-vaikutusmekanismi eristeissä kriittisesti riippuvainen sidoskulmasta ja -matkasta. Koska pitkälle menevää magneettista järjestystä ei esiinny amorfisissa aineissa, ei näitä vuorovaikutusehtoja voida täyttää eikä mitään magneettista järjestystä havaita.
Kuviot IA ja IB ovat elektronisädekuvia, jotka kuvaavat amorfisia ja kiteisiä aineita. Elektronisädediffraktiomalli kuviossa IA on luonteenomainen amorfiselle aineelle, kun taas diffraktiomalli kuviossa IB on luonteenomainen kiteiselle aineelle. ~
Tarkemmin sanottuna on kuviot IA ja IB valmistettu elektronidiffraktion avulla Gd-Co-lejeeringistä. Ehyttä suoraa L kuvioissa IA ja IB käytetään blokeeraamaan tuleva elektronisäde näiden valokuvien valmistamiseksi. Diffraktiomalli kuviossa IA on luonteenomainen amorfiselle aineelle.
Kuvio IB on elektronidiffraktiomalli kuvion IA aineelle (Gd-Co) sen jälkeen kun tämä on kiteytetty lämpöä viemällä. Tässä tapauksessa jätettiin kuvion IA amorfinen kalvo elektronisädemikroskooppiin ja kuumennettiin noin 300°C:een. Diffraktiomalli kuviossa IB on luonteenomainen tälle seurauksena diffraktiosta kiteisestä aineesta. Kuviot IA ja IB ovat samassa mittakaavassa.
Nämä kuviot kuvaavat olennaisesti amorfista karakteristikkaa kalvoissa, jotka on valmistettu esillä olevan keksinnön mukaisesti.
Kuviot 2A ja 2B kuvaavat magneettisten reunadomeenien esiintymistä kuvion IA amorfisessa aineessa. Kuvioissa 2A ja 2B on referenssimerkintä M raaputettu kalvoon, tätä merkintää käytetään määräämään reunadomeenien liike, kun magneettikenttä saatetaan vaikuttamaan amorfiseen aineeseen. ___
Erityisesti kuviossa 2A ovat magneettiset reunadomeenit D selvästi näkyvissä amorfisella magneettisella aineella. Näillä reunadomeeneilla on rajat, jotka ovat yleensä suunnatut pystysuoraan suuntaan tässä kuviossa.
Kun magneettikenttä saatetaan vaikuttamaan amorfisen aineen tasossa, aiheutetaan kuitenkin reunadomeenien D kaltevuus. Tämä tulee ilmeiseksi, kun domee-nien D asemaa suhteessa referenssimerkintää M tutkitaan näissä kahdessa kuviossa. Siten kuvaavat kuviot 2A ja 2B domeenien esiintymistä amorfisessa magneettisessa aineessa ja näiden domeenien liikettä seurauksena vaikuttavasta magneettikentästä. Kuten myöhemmin ilmenee, voidaan reunadomeenit D saada hajoamaan pyöreiksi kupladomeeneiksi.
11 57673
Amorfisia kalvoja, joiden paksuus oli noin 1 ψι, kerrostettiin NaCl, SiO^ ja AlgO^ päälle. Näillä kalvoilla oli yksiakselinen anisotropia ja niillä oli myös reunadomeeneja. Suorakulmaisesti vaikuttava muutaman sadan örstedin magneettikenttä oli riittävä reunadomeenien hajoamiseen pyöreiksi kupladomeeneiksi. Edelleen siirtyivät kupladomeenit, lain ulkoista magneettikenttää siirrettiin. Domeenimalli amorfisessa aineessa muistutti niitä domee-nimalleja, jotka havaittiin tarkkaan valmistetuissa granaattikalvoissa. Tämä merkitsee, että amorfiselta aineelta puuttuu paikalliset epähomogenisuudet, jotka ovat riittäviä aikaansaamaan domeenien paikallaanpito, mikä rajoittaisi niiden liikettä. Tietysti tämä on etu amorfisessa magneettiaineessa, missä ^ kiderakennevirheitä määritelmän mukaan ei ole olemassa. Magneettisten domeenien sydänmuodostusta ja etenemistä sellaisessa amorfisessa aineessa eivät tämän luokan virheet rajoita.
—' Riippuen siitä sovellutuksesta, johon amorfisia magneettisia koostu muksia on tarkoitus käyttää, ovat mainitut magneettiset ominaisuudet säädeltäviä optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi. Magneettisten ominaisuuksien säätö näissä amorfisissa aineissa aikaansaadaan helposti tietyin menetelmin amorfisia aineita valmistettaessa ja prosessien avulla, joita käytetään sen jälkeen kun amorfiset koostumukset on valmistettu. Toisin kuin aikaisemmin tunnetuissa kiteisissä magneettiaineisea ovat magneettiset ominaisuudet amorfisissa kalvoissa yleensä helpommin ohjattavissa kuin vastaavat ominaisuudet kiteisissä aineissa. Eräänä syynä tähän on, että ne koostumusvaihtelut, jotka sallitaan amorfisessa aineessa, ovat hyvin paljon laajemmat kuin sallitut vaihtelut kiteisessä aineessa, koska amorfisille koostumuksille on luonteenomaista metastabiliteetti pikemmin kuin termodynaaminen tasapaino. Erilaisia magneettisia ominaisuuksia käsitellään seuraavassa erikseen sen joustavuuden kuvaamiseksi, jonka amorfiset aineet tarjoavat.
Kyllästysmagnetointi Mg _ Magnetointi Mg muutetaan helposti amorfisessa magneettisessa aineessa lisäämällä magneettinen atomi, joka kytketään normaalisti magneettisen atomin kanssa amorfisessa aineessa taikka amorfisen aineen atomin kanssa, joka on magneettisesti tietyssä tilassa (esim. Mh, Cr, jne.). Magnetoinnin Mg alentamiseksi kytketään se aine, joka lisätään amorfiseen koostumukseen, antiferro-magneettisesti amorfisessa aineessa olevan magneettisen atomin kanssa. Magnetoinnin alentamiseksi amorfisessa Gd-Co-lejeeringissä säädetään esimerkiksi Gd/Co suhde siten, että aineiden magneettiset momentit lähes kumotaan.
Magnetoinnin lisäämiseksi amorfisessa aineessa lisätään magneettisia atomeja koostumukseen, jotka atomit kytketään ferromagneettisesti magneettisiin atomeihin amorfisessa koostumuksessa. Esimerkiksi Nd lisäys aiheuttaa 12 57673 amorfisen koostumuksen Gd-Co magnetoinnin lisäyksen. Toisena esimerkkinä voidaan mainita, että Co lisäys amorfiseen koostumukseen Y-Co lisää koostumuksen magnetointia.
ITämä lisäykset tehdään valmistusprosessin aikana ja toteutetaan seuraa-valla tavalla; alkuaine-aineksien seos sulatetaan ja valetaan kiekonmuotoi-seksi levyksi, jota käytetään maalina elektrodihöyrystyksessä. Koostumusta voidaan vaihdella maalinvalmistuksessa taikka myös voidaan kalvon koostumusta vaihdella höyrystysprosessin aikana säätelemällä etujännitettä alustassa tarkoituksella uudelleenhöyrystää osa tai useampia ainesosista. Vaihtoehtoisesti voidaan aikaansaada toinen maali lisäalkuaineesta höyrystysjärjestelmässä, niin että yksi lisäalkuaineista viedään kerrostettuun kalvoon.
Kun ohuita kalvoja valmistetaan tyhjöhöyrystyksellä, voidaan lisäyksen konsentraatiota vaihdella höyrystyslähteessä taikka myös voidaan aikaansaada lisäalkuaineen täydennyslähde. _
Kuvio 3A on käyrä magnetoinnista 4 » Mg huoneenlämpötilassa funktiona kobolttikonsentraatiosta amorfisessa Gd-Co-lejeeringissä. Tästä käyrästä ilmenee, että magneettisten Co-atomien määrä amorfisessa lejeeringissä määrää lejeeringin magnetoinnin. Tämän mukaisesti muutetaan lejeeringin magnetointia aineiden sellaisella lisäyksellä amorfiseen lejeerinkiin, joka muuttaa Gd/Co suhdetta ja siten sitä astetta, jossa aineiden magneettiset momentit kumotaan.
Koostumusalue lähellä magnetointiminimiä on erityisen sopiva aineille, joilla on alhainen magneettinen momentti ja korkea Curie-piste. Sen johdosta, että alhainen magnetointi koostumuksissa, joissa on lähellä 79 atomiprosent-tia kobolttia, johtuu Gd- ja Co momenttien poispyyhkimisestä pikemminkin kuin heikentämisvaikutuksista, ei Curie-pisteeseen, jonka suuressa määrin määrää Gd-Co-yhteisvaikutus, tule vaikutetuksi. Täten voidaan aineen magnetointia huoneenlämpötilassa muuttaa pitämällä T määritellyissä rajoissa.
c
Toinen tapa muuttaa magnetointia amorfisessa lejeeringissä on lisätä pieniä määriä N2, kun amorfista lejeerinkiä elektrodihöyrystetään. Kun esimerkiksi GdCo,. elektrodihöyrystetään argonissa, saa pienten N2 määrien (noin 1 tilavuusprosentti N2 argonkaasussa) reunadomeenien suuruuden aineessa merkittävästi pienenemään. Tämä vuorostaan osoittaa lisäystä 4 TMgissä. Tämä merkitsee, että Gd ja Co antiferromagneettiseen kytkentään vaikutetaan siten, että magnetointi lisääntyy ilman että amorfisen aineen yksiakselinen anisotro-pia hävitetään. Typpi sitoutuu Gdtn kanssa, mikä heikentää antiferromagneet-tista kytkentää Gdsn ja Cosn välillä. Momentti Co-alihilassa tulee vähemmän tehokkaasti kumotuksi Gd-alihilamomentilla, niin että magnetointi lisääntyy.
Kuvio on käyrä magnetoinnista Mg mielivaltaisissa yksiköissä funk- u 57673 tiona koostumuksesta amorfisessa Gd-Co-lejeeringissä - myös mielivaltaisissa yksiköissä. Tämä on minimi magnetoinnissa tietyllä Gd-Co koostumuksella.
Jos Gd-Co-koostumus on normaali koostumuksella A ja koostumus valmistetaan N2 läsnäollessa, esiintyy siirtyminen magnetoinnissa kuin esiintyisi lisääntyminen kobolttikoostumuksessa. Sen vuoksi tulee magnetointi suuremmaksi. Jos toiselta puolen lähdetään koostumuksesta C ja lisätään typpeä kerros-tamisjärjestelmään, tulee tuotetun kalvon magnetointi muutetuksi kohti minimiä. Sen vuoksi voidaan magnetointia Mg muuttaa yksinkertaisilla N,, lisäyksillä aineeseen vuorovaikutuksen muuttamiseksi koostumuksen ainesosien välillä kohti suurempaa tai pienempää magnetointia sen mukaisesti, missä kohdassa tämän aineen magnetointi/koostumuskäyrää ollaan.
Koersiviteetti H
c
Koersiviteetti magneettiaineessa on primäärinen tekijä määrättäessä helppoutta, jolla magneettisia domeeneja siirretään aineessa. Koersiviteettiä koskevat säädöt käsittävät tavallisesti muutoksen magneettisen aineen jyväs-koossa, koska koersiviteetti on riippuvainen jyväskoosta. Yleisesti katsottuna on koersiviteetti maksimissa tietyllä jyväskoon arvolla ja alenee suuremmilla ja pienemmillä jyvasko'oilla kuin se, joka antaa korkeimman koersiviteetin. Esimerkiksi on koersiviteetti suuri magneettiaineissa, joissa jyväskoko lähenee domeenirajaleveyttä.
Jyväskokoon voidaan vaikuttaa lisäämällä doopausaineita, kuten esimerkiksi tai Og* Nämä lisäykset muuttavat magneettista järjestystä amorfisessa kalvossa, niin että se tulee toiseksi (tai samaksi) kuin domeenin-rajaleveys (δ). Jos & on suurempi on H alhainen, kun taas jos δ on likimain
O
sama mainitulla järjestyksellä on H maksimaalinen.
c
Ioni-istutus valittuun syvyyteen on normaalisti sopiva, kun ei haluta kuumentaa amorfista ainetta. Kuumentaminen tiettyjen lämpötilojen yläpuolelle saa amorfisen aineen muuttumaan kiteiseen tilaan, joka ehkä ei ole palautettava tila. Amorfisen kalvon kovettamista kiteyttämiseksi tarkoituksella aikaansaada halutun suuruisia jyväsiä voidaan myös käyttää.
Muihin menetelmiin vaikuttaa koersiviteettiin sisältyvät pintakäsittely kuten esimerkiksi höyryetysetsaus ja ionieteaus pintarakenteen tekemiseksi epätasaiseksi. Tämä vuorostaan vaikuttaa domeenien siirtoon amorfisessa magneettisessa aineessa.
Curie-lämpötila T
c Nämä amorfiset magneettiset aineet ovat helppoja lejeerata Curie-lämpötilan muuttamiseksi ilman että aineiden rakenteeseen vaikutetaan epäsuotuisaan suuntaan. Tämän mukaisesti ei aiheuteta rajoittavaa vaikutusta faasi- 14 57673 diagrammaan perustuen, kuten olisi laita kiteisillä aineilla. Laajaa lejee-rinkialuetta (noin 50 atomiprosenttia) voidaan käyttää mikäli ei vaikuteta yksiakseliseen anisotropiaan aineessa. Yleensä seuraa Curie-lämpötila suoraviivaisesti läsnäolevien magneettisten atomien määrää. Curie-lämpötilaa näissä amorfisissa aineissa on helpompi ohjata kuin kiteisissä magneettisissa aineissa.
Lejeeraussuhteita käytetään Curie-lämpötilan muuttamiseen amorfisessa magneettisessa aineessa. Esimerkiksi amorfisessa Gd-Co-lejeeringissä tulee magneettisten aineiden, joilla on alhaisempi momentti, esim. Ni, Cr, Mn, taikka epämagneettisten aineiden, esim. Cu, AI, Ag, Pd, Ga, In jne. lisääminen laskemaan Curie-lämpötilaa, kun taas sellaisen alkuaineen kuten esim.
Pe lisääminen nostaa Curie-lämpötilaa. Voimakkuutta magneettisessa vuorovaikutuksessa (kytkennässä) aineessa muutetaan lisätyillä alkuaineilla.
Praday-rotaatio 0^,
Lisätty Paraday-rotaatio eli Kerr-rotaatio valonsäteessä, joka osuu amorfiseen magneettiseen aineeseen, saavutetaan aikaansaamalla amorfinen aine, jolla on suuri magneettinen momentti. Harvinaisia maametalli-doopaus-aineita, esim. Tb, By, Ho, voidaan lisätä amorfiseen aineeseen taikka myös voidaan lejeerauslisiä liittää aineeseen. Kun esimerkiksi on kysymys amorfisesta Gd-Co-lejeeringistä, tulee Co määrän lisääminen lisäämään Faraday-rotaatiota. Myös Fe-lisäykset aineeseen tulevat lisäämään Faraday-rotaatiota. Suurella Faraday-rotaatiolla on toivottavaa, että magnetoinnilla 4 TT" Mg on mahdollisimman korkea arvo (esim. 8000 - 10000 gaussia).
Ominaispituus (L parametri)
Parametri L on suure, joka on erityisen käyttökelpoinen muddostettaes-sa magneettikupladomeenijärjestelmiä. Lähemmin kuvauksen tästä parametristä on antanut A.A. Thiele julkaisussa Journal of Applied Physics, no. 41» s* 1139 (1970).
Parametri L on suuresti riippuvainen aineosien ulottuvuudesta amorfisessa lejeeringissä. Niinpä esim. kuvio 4A osoittaa vaihteluita parametrissä
K
L (lähemmin määrättynä u ) funktiona magneetti-ionikonsentraatiosta 4“Γ 1 (p amorfisessa magneettisessa lejeeringissä. Tässä erikoistapauksessa on koostumuksena Gd-Co ja vaaka-akselilla Co-konsentraatio. Tästä ilmenee, että parametria L voidaan vaihdella muuttamalla amorfisen lejeeringin koostumusta. Käyrä kuviossa 4A on otettu eri koostumuksille Gd-Co, kun kaikki valmistuspara-metrit pidettiin vakioina jokaisessa eri kokeessa. Samoilla koostumuksilla valmistettuna toisissa olosuhteissa on toiset parametrin L arvot. Siitä joh- 15 57673 tuen, että koostumusaluetta amorfisella aineella helposti voidaan vaihdella laajoissa rajoissa, mikä eroaa tapauksesta, jolloin on kysymyksessä kiteinen magneettinen aine, on suhteellisen helppoa vaihdella parametria L.
Kuvio 4B kuvaa parametrin L riippuvaisuutta amorfisen magneettisen kerroksen paksuudesta Ξ. Kunkin koostumuksen kriitillisen paksuuden alapuolella ei ole mahdollista saavuttaa riittävää suorakulmaista anisotropiaa kupladomeenien tueksi, minkä vuoksi käyrä kuvataan katkoviivalla kriitillisen paksuuden alapuolella. Tässä kysymyksessä olevalla erityisellä koostumuksella (Gd 20 atomiprosenttia, Fe 80 atomiprosenttia) antaa 0,2 ψη paksuus riittävän suorakulmaisen anisotropian kupladomeenien suosimiseksi.
Domeeninrajaenergia 6^
Domeeninrajaenergia (seinäenergia) δon sukua amorfisen aineen L-pa-rametrille. Domeeninrajaenergia on myös suoraan suhteellinen V^u» missä A on aineen vuorovaikutusvakio ja K^ on aineen yksiakselinen suorakulmainen anisotropiavakio.
2
Kuvio 5 o» käyrä domeeninrajaenergiasta 4 δ ergeissä/cm , mitattuna w funktiona siitä alustaesijännitteestä, joka on käytetty elektrodihöyrystettä-essä amorfista Gd-Co-leejerinkiä, joka sisältää 80-85 atomiprosenttia Co.
Tämä alustaesijännite on alustan jännite maan suhteen mitattuna. Siinä tasa-virtaelektrodihöyrystyslaitteessa, jota käytettiin kuvion 5 käyrän aikaansaamiseen, on noin 2000 volttia kytketty anodin ja katodin väliin amorfisen Gd-Co-koostumuksen kerrostumisen aikaansaamiseksi. Alustaesijännitteen käyttäminen mahdollistaa koostumuksen ja magneettisten ominaisuuksien ohjaamisen kerrostetussa aineessa. Tällä tavoin voidaan domeenirajaenergiaa vaihdella laajalla alueella. Domeenirajaenergiaa voidaan myös muuttaa vaihtelemalla vuorovaikutusvakiota A taikka anisotropiaa K^. Vuorovaikutusvakio A edustaa voimakkuutta magneettisessa kytkennässä aineessa ja on suhteellinen Curie- lämpötilaan T . Tämän johdosta vaihtelee vakio A aineesta toiseen. Muutoksia c r anisotropiassa käsitellään tämän selityksen myöhemmässä osassa.
Anisotropia Ku
Aineen anisotropiaa voidaan vaihdella muuttamalla prosessia, jota käytetään amorfisen koostumuksen valmistukseen. Esimerkiksi kerrostumisnopeus on ratkaiseva tekijä samoinkuin myös kerrostetun kalvon paksuus. Yleensä on K^ funktio ainekoostumuksesta ja rakentamisolosuhteista. Näitä tekijöitä käsitellään lähemmin selityksen siinä osassa, jossa käsitellään valmistusmenetelmiä.
Domeeninsuuruus ja domeeninrajaleveys δ
Domeeninrajaleveys on yhtä kuinlTÄ/K^, missä A on aineen vuorovaikutus-vakio ja on sen anisotropia. Kuten aikaisemmin mainittiin, riippuu ani- 16 57C73 sotropia K^ amorfisen kalvon paksuudesta ja kerrostumisuopeudesta. Tämän vuoksi voidaan domeeninrajaleveyttä δ vaihdella vaihtelemalla anisotropiaa K^. Tämä vuorostaan on funktio amorfisen kerroksen koostumuksesta, tämän alueen aineosista ja siitä kerrostamisprosessista, jota käytetään amorfista ainetta valmistettaessa. Keksinnön siinä osassa, joka koskee valmistusmenetelmiä, käsitellään käyriä, jotka kuvaavat anisotropian K^ vaihtelua kerroksen paksuudesta ja kerrostamisnopeudesta riippuen.
Domeenikoko on funktio ominaispituudesta L ja kalvon paksuudesta* Yleensä valitaan domeenikoko siten, että laitelman suorituskyky tulee optimaaliseksi. Magneettikupladomeenijärjestelmille annetaan pituus L seuraavilla yhtälöillä l - 4ί»,2 Tämän mukaisesti voidaan ominaispituutta ja siten domeenikokoa muuttaa muuttamalla magnetointia M , anisotropiaa K ja vuorovaikutusvakiota A.
S u
Vuorovaikutusvakio on suure, joka edustaa magneettisen kytkennän voimakkuutta annetussa aineessa. Se on suhteellinen Curie-lämpötilaan ja on suurempi aineilla, joilla on korkeampi Curie-lämpötila T . Kuten aikaisemmin c jo selitettiin, on anisotropia K^ funktio ainekoostumuksesta ja muista olosuhteista, joita käytetään aineen valmistuksessa. Magnetointi M riippuu 8 magneettisesta spinnistä ja sen suunnasta (yhdensuuntainen tai vastakkaissuuntainen). Tämä suure on lämpötilasta riippuva ja sitä voidaan vaihdella muuttamalla amorfisen kalvon koostumusta ja niitä parametrejä, jotka ovat aktuelleja amorfisen kalvon valmistuksessa. Sen vuoksi voidaan domeeninkokoa helposti muuttaa laajalla alueella.
Valmistusmenetelmät
Amorfisia magneettisia aineita voidaan valmistaa massamuodossa taikka ohuina kalvoina. Yleensä voidaan mitä tahansa tunnettua kalvonmuodostamis-tekniikkaa käyttää, mukaanluettuna elektrodihöyrystys ja höyrystys.
Massakalvon aikaansaamiseksi amorfisesta magneettisesta aineesta voi kaatojäähdytys olla käyttökelpoinen menetelmä. Tässä saavat kalvon aineosat kuumennetussa ja juoksevassa muodossa osua kylmään pintaa, missä ainesosat jähmettyvät ja muodostavat amorfisen massakalvon. Tämä antaa nopean jäähdytyksen juoksevasta faasista (olomuodosta).
it '57673
Yksiakselinen anisotropia voidaan aikaansaada massakalvoihin siten» että nämä saatetaan atomipommituksen vaikutuksen alaisiksi magneettikentässä taikka siten, että ne kovetetaan magneettikentässä lämpötilassa, joka on alle kalvojen kiteytysmislämpötilan. Toisena menetelmänä massakalvojen aikaansaamiseksi on jatkuva*ti höyrystää niitä käyttäen edellä kuvattua menettelytapaa.
Esillä olevan keksinnön mukaisen ohuen amorfisen kalvon valmistus voi rakentua kerrostamiseen höyrystä, nopeaan jäähdyttämiseen juoksevasta faasista taikka ioni-istutukseen anisotropian säätämiseksi. Yleensä ovat nämä amorfiset kalvot riippuvaisia nopeudesta, jolla atomeja kerrrostetaan alustalle, alustan lämpötilasta ja alustalle kerrostettavien atomien osumiskulmasta.
Jos tulevat atomit eivät pysty saavuttamaan tiettyä tasapainotilaa, lisääntyy pyrkimys muodostaa amorfisia kalvoja. Tässä yhteydessä viitataan S. Mader: "The Use of Thin Films in Physical Investigations", julkaisija J.C. Anderson (Academic, New York, 1?66) s. 455. Katso myös amerikkalaista patenttia 3 427 154, joka käsittelee amorfisten ohuiden kalvojen valmistusta.
Parijärjestyksen edistämiseksi tapana aikaansaada yksiakselinen anisotropia näissä kalvoissa näyttää olevan olennaista, että kerrostamisatomit osuvat alustaan jossakin muussa osumiskulmassa kuin suorassa. Tämä merkitsee, että tulevilla atomeilla tulee olla tietty nopeuskomponentti yhdensuuntaisesti alustapinnan kanssa yksiakselisen anisotropian aikaansaamiseksi kalvoon. Tämä "hipaisukulma" antaa atomiliikkuvuuden yhdensuuntaisesti alustan kanssa, mikä vuorostaan edistää parijärjestystä, koska tulevat atomit voivat liikkua ympäri (pyöriä) ja valita atomiaseman, joka alentaa energiaa järjestelmässä aineen demagnetointikentän kautta. Faasi erottuminen helpottuu, mikä johtaa anisotropian muodostumiseen sen vuoksi, että samankaltaisten atomien tihen-tymiä ryhmittyy yhteen kohdalle, missä järjestelmän energia laskee. Tämä vuorostaan johtaa koostumusryhmittymiin, jotka, kuten edellä jo mainittiin, johtavat anisotropiaan kalvossa.
Toinen tekijä yksiakselin anisotropian saavuttamisen yhteydessä on tulevien atomien kerrostumisnopeus. Jos kerrostumisnopeus on liian suuri, eivät tulevat atomit voi kääntyä ympäri alustalla suuressa laajuudessa, mikä rajoittaa liikkuvuutta yhdensuuntaisesti alustapinnan kanssa. Tässä yhteydessä viitataan kuvioon 6, joka on käyrä kerrostumisnopeudesta ängströmeissä sekunnissa funktiona suurtaajuusenergiasta, jota on käytetty höyrystämisjärjestel-mässä amorfisen aineen kerrostamiseksi. Tässä tapauksessa on amorfisena aineena Gd-Co. Kuviossa 6 osoitetaan kriitillinen kerrostumisnopeus neljä ängströ-miä sekunnissa tietylle alustalämpötilalle ja maalikoostumukselle. Tämä merkitsee, että kerrostumisnopeudella neljä ängströmiä sekunnissa saatiin domee-nimalleja osoittavia Gd-Co-kokeita (sisältäen noin 80 atomiprosenttia Co), ie 57673 jotka olivat luonteenomaisia yksiakseliselle suorakulmaiselle anisotropialle amorfisessa magneettisessa Gd-Co-lejeeringissä.
Kuvion 6 tapauksessa tehtiin kerrostaminen magneettikentällä (50 ö) suorakulmaisesti alustaa vastaan ja ilman magneettikentän läsnäoloa tarkoituksella määrätä magneettikentän vaikutus kerrostamisen aikana. Magneettikentän vaikutus ei ollut suuri vaikkakin se tietyssä määrin paransi höyrys-tämisen hyötysuhdetta.
Kun höyrystämisjärjestelmässä käytetty alustaetujännite kasvaa, kasvaa yleensä anisotropia. Tämä johtuu siitä, että etujännite saa tulevat atomit irtautumaan kerrostumiskalvon pinnasta jälleenhöyrystyksellä. Tämän johdosta on atomeilla suurempi liikkuvuus yhdensuuntaisesti alustapinnan kanssa, mikä antaa sen saavuttaa ensisijaisia paikkoja, mikä johtaa koostumusryhmittymi-seen eli parijärjestykseen.
Kuvio 7 on käyrä anisotropiasta K^ (erg/cm^) funktiona amorfisen magneettisen kalvon paksuudesta H ψι mitattuna. Tällä amorfisen Gd-Co-aineen kalvolla vaaditaan kriitillinen anisotropia noin 1,2 x 10^ erg/cm^ domeenien edistämiseksi siinä, minkä ilmaisee stabiliteettitila K > 2 'i^M .
IX 8 Tämä kriitillinen anisotropia esiintyy kalvopaksuudella 0,2
Amorfisen magneettisen aineen kerrostamista varten pidetään alustaläm-pötila suhteellisen alhaisena. Nämä kalvot voidaan kerrostaa huoneen lämpötilassa tai alemmassa lämpötilassa ja ne kerrostetaan normaalisti lämpötilassa, joka alittaa sen, joka aiheuttaisi aineiden kiteytymisen. Esimerkiksi amorfiselle Gd-Co-aneelle on alustalämpötilan ylärajana noin 300°C, so. kiteytymis-lämpötila.
Kuvio 8 on käyrä kerrostumisnopeudesta (logaritmisessa skaalassa) funktiona alustalämpötilasta Gd-Co- ja Gd-Pe-lejeeringeille. Tästä käyrästä ilmenee, että amorfisia magneettisia kalvoja voidaan valmistaa laajalla alusta-lämpötila-alueella riippuen kerrostamisuopeudesta. Yleensä täytyy alustalämpötilan - riippumatta mitä kerrostamisnopeutta käytetään - olla alempi kuin se, jolla kiteytymistä esiintyy, jotta aikaansaataisiin esillä olevan keksinnön mukaisia amorfisia magneettisia aineita.
Rasituksella tuotettua anisotropiaa voidaan myös käyttää aikaansaamaan esillä olevia magneettisia aineita. Tämän tyyppistä anisotropiaa voidaan käyttää yhdessä muiden menetelmien (parijärjestys, jne.) kanssa anisotropian saamiseen taikka myös voidaan sitä käyttää yksinään. Rasituksella tuotettua anisotropiaa varten valitaan alusta liittyen tarkoitetun kalvon magnetostrik-tioon siten, että anisotropia aikaansaadaan amorfiseen kalvoon. Lähemmin sanottuna tulee kalvo, jos se kerrostetaan huoneen lämpötilasta poikkeavassa lämpötilassa ja kalvolla ja alustalla on erilaiset lämpölaajenemiskertoimet, 19 57 67 3 tietyn rasituksen alaiseksi huoneen lämpötilassa.
Kuten aikaisemmin mainittiin, voivat monet alustat tulla kysymykseen. Koska mitään rajoituksia kristallograafisen sovituksen suhteen ei esiinny amorfisten kalvojen valmistuksessa, on alustavalinta täysin vapaa. Nämä alustat voivat olla mitä tahansa tunnettua ainetta, kuten metalleja ja eristeitä sekä myös puolijohteita. Ei-jäykkiä alustoja, esim. muoveja voidaan myös käyttää. Jäljemmissä taulukoissa on esitetty joukko alustoja.
Kalvoja, joissa on tasossa oleva anisotropia, voidaan muuttaa, kalvoiksi, joissa on kohtisuora anisotropia, siten, että kalvot kovetetaan. Esimerkiksi muuttaa kovettaminen Gd-Co-kalvot noin 300-400°C:ssa tasoanitroro-piasta kohtisuoraksi anisotropiaksi. Aina sen mukaan kun kalvopaksuus lisääntyy, lisääntyy tietysti todennäköisyys kohtisuoraan anisotropiaan. Niinpä on esimerkiksi Gd-Co-kalvoilla, joiden paksuus on vähintään 2000 Ä, normaalisti kohtisuora anisotropia.
Esillä olevan keksinnön mukaisia amorfisia magneettisia aineita voidaan käyttää moninaisissa sovellutuksissa, esimerkiksi kupladomeenijärjestel-missä, sädeosoitteellisissa arkistoissa, valomodulaattoreissa, permanentti-magneeteissa ja muistiinmerkintäaineissa nauhalle ja levylle. Kutakin näistä sovellutuksista käsitellään seuraavassa yhdessä niihin liittyvien kiinnostavien parametrien kanssa.
Kupladomeenijärjestelmät
Magneettikupladomeenijärjestelmissä on tärkeää, että suuruus 4^M on alhainen ja että aineella on yksiakselinen kohtisuora anisotropia. Edelleen tulee laatutekijän eli hyvyysluvun Q * H /4" M olla suurempi kuin yksi, d* 8 missä H on yksiakselianisotropiamagneettikenttä ja M on aineen kyllästys- SL 8 magnetointi. Edelleen tulee aineen koersiviteetin Hc olla alhainen kuplado- meenien siirron sydänmuodostuksen ja romahtamisen helpottamiseksi amorfisessa magneettisessa aineessa. Koska hyvyysluvun Q tulee olla suurempi kuin yksi stabilien kupladomeenien aikaansaamiseksi, käytetään yleensä järjestelmiä, joissa on alhainen magnetointi, koska on vaikeata aikaansaada hyvin suuria indusoituja anisotropiakenttiä H . Ferromagneettisissa järjestelmissä on mahdollista laskea magnetointia H heikentämällä epämagneettisella alkuaineel- 8 la, mutta siitä johtuen, että magneettinen Curie-lämpötila seuraa magnetoin- ψ tia, voidaan riittävän alhaisia 4#M -arvojen aikaansaada lejeerinkeihin vain 8 lähellä Curie-lämpötilaa »levillä työlämpötiloilla.
Alhaiset magneettiset momentit korkein järjeetymislämpötiloin, niin että amorfiset aineet tulevat sopiviksi laitelmiin, jotka toimivat huoneen lämpötilassa, saadaan ferrimagneettisessa järjestelmässä, joka sisältää kahden tai useammanlaatuisia magneettiatomeja, joilla on vastakkainen spin. Tämän tyyppinen järjestys saadaan amorfisissa lejeeringeissä harvinaisista maa- 20 57673 metalli-alkuaineista - ennen kaikkea siirtymämetalleista. Amorfisia lejeerin-kejä harvinaisista maametalli-alkuaineista - esimerkiksi Gd Co sopivin x y koostumuksin voidaan aikaansaada* joissa atomimomentit harvinaisessa maa- metalli-alkuaineessa ja metallialkuaineessa lähes kumoutuvat, mikä johtaa 'Ji' aineeseen, jolla on sopivan alhainen 4'‘'M -arvo. Sopivia esimerkkejä ovat 8
Gd-Co-leejeeringit, joissa on 70-90 Co ja amorfiset Gd-Fe-lejeeringit, joissa on 70-90 i Fe. Ohutkalvomuodossa aikaansaadaan anisotropia joko rasituksella, parijärjestyksellä tai muotoanisotropialla.
Kuten aikaisemmin mainittiin, vaaditaan normaalisti alhainen koersi- viteetti Ξ kupladomeeniainelle. Tämän mukaisesti tulee kupladomeenirajale-c veyden δ olla sellainen, että keskimääräisesti sama keskipotentiaali vallitsee kaikkialla amorfisen aineen sisällä. Suureen δ tulee olla likimain sama tai jonkin verran suurempi kuin sen tyyppinen atomijärjestys, joka tavataan amorfisessa aineessa. Jos paikalliset heilahtelut (faasierottumiset, jyväs-suuruus jne.), amorfisessa aineessa ovat pienemmät kuin rajaleveys δ, on tämän vaikutus domeenirajaliikkeeseen merkityksetön. Edelleen eivät mikrokiteet suuruusluokkaa 29-100 I välttämättä ole vahingollisia domeeniliikkeelle. Siihen saakka kunnes jyvässuuruus amorfisessa aineessa saavuttaa rajalvveyden δ, on koersiviteetti Ξ alhainen.
O
Domeenirajaleveys δ seuraa Curie-lämpötilaa T , koska vaihtovakio A
c
Seuraa Tq (δδν = A). Jos suuria domeenirajaleveyksiä halutaan, on välttämätöntä aikaansaada suuret vuorovakiot. Rajaleveys δ ei kuitenkaan saa olla liian suuri, koska anisotropiaenergia kasvaa, millä on epäsuotuisa vaikutus liikkuvuuteen. Amorfisille kupladomeeniaineelle on normaalisti toivottavaa,että aikaansaadaan alhainen rajaenergia mikä merkitsee, että on käytettävä aineita, joilla on alhainen Curie-piste T . Kuten aikaisemmin mainittiin, voi- c daan amorfisia magneettisia aineita helposti lejeerata T :n muuttamiseksi.
O
Curie-lämpötilaa T koskevat rajoitukset amorfisille kupladomeeniaineille v ovat pääasiassa samat kuin kiteisille kupladomeeniaineille. On kuitenkin yksinkertaisempaa säätää Curie-lämpötilaa T amorfisessa magneettisessa aineessa c kuin kiteisessä.
Alustan valinta on vapaa, kun amorfiset magneettikupladomeeniaineet tulevat käyttöön. Sopiviin alustoihin kuuluvat puolijohteet, eristeet ja metallit, esimerkiksi NaCl, lasi, Si02* S4, Ge, GaAs ja AlgO^. Erityisen sopiva amorfinen magneettinen kalvo muodostui GdCo,.:stä, joka elektrodihöyrys-tetään NaCl-alustalle. Tämä elektrodihöyrystys tapahtui kaarenmuodostusmaalis-ta Gd-Co^, missä alustaa vesijäähdytettiin (n. 20°C) ja sillä oli gallium-päällyste termisen kosketuksen turvaamiseksi jäähdytyskappaleen kanssa. Ser-pentiinidomeeneja havaittiin elektronimikroskopialla noin 790 1 paksuisessa kalvossa. Ferrimagneettisen järjestyksen esiintyminen todettiin kuumentamalla n 57673 näyte kompensaatiopisteeseen Gd-järjestyksen häiritsemiseksi, missä pisteessä havaittiin tasossa olevia domeeneja. Kohtisuoria domeeneja synnytettiin jälleen jäähdyttämällä huoneen lämpötilaan. Elektronidiffraktiomalli oli tyypillinen amorfiselle aineelle. Näitä magneettisia serpentiinidomeeneja, joissa oli kohtisuora magnetointi, voitiin havaita vapaassa kalvossa, joka oli poistettu NaCl-alustasta, mikä osoittaa, että anisotropia ei ollut rasituksella aikaansaatu vaan luultavasti parijärjestystyyppiä.
Noin yhden ψη paksuisia kalvoja kerrostettiin eri työkulussa mutta samoissa valmistusolosuhteissa NaCl, SiO„ ja A1„0, alustoille. Myös Z Z 3 näissä kalvoissa oli serpentiinidomeeneja, kun niitä havainnoitiin Bitter-mallilla ja Kerr-efektin avulla.
Muutaman örstedin suuruinen kohtisuora magneettikenttä oli riittävä saamaan sepentiinidomeenit romahtamaan pyöreiksi domeeneiksi. Siirtämällä ulkoista magneettikenttää on mahdollista siirtää domeeneja amorfisessa magneettisessa kalvossa. Tämä domeenimalli muistuttaa sitä, joka havaitaan tarkkaan valmistetuissa granaattikalvoissa, mikä merkitsee, että amorfisesta aineesta puuttuu paikalliset epähomogeenisuudet, jotka olisivat riittäviä aiheuttamaan domeenien paikallista kiinnipitoa. Tietysti tämä on etu amorfisessa aineessa, missä kiderakennevirheitä ei esiinny. Magneettikupladomeeneja ja niiden siirtämistä eivät tämän luokan virheet rajoita.
Kuvio 9 kuvaa magneettikupladomeenijärjestelmää, jossa amorfista magneettista ainetta 10 käytetään sinä aineena, joka edistää magneettikupladomeeneja siinä. Kuvio 10 on kaavio osasta piiriä kuvion ^ dekoodaajissa. Kuvioiden 9 ja 10 esittämän suoritusmuodon yksinomaisena tehtävänä on kuvata kupladomeenijärjestelyä, jossa esillä olevia amorfisia magneettisia aineita voidaan käyttää, minkävuoksi itse järjestelmää ei yksityiskohtaisesti selitetä. Seuraavassa annetaan lyhyt selitys tästä kupladomeenijärjestelmästä, jossa käytetään amorfista ainetta magneettisena aineena 10.
Kuvio 9 kuvaa lohkokaaviona muistijärjestelmää, jossa käytetään sylin-terimäisiä magneettisia domeeneja (kupladomeeneja), joka järjestelmä aikaansaa kirjoituksen, varastoinnin, koodinavaamisen (dekoodaus), tyhjentämisen ja haun. Amorfinen magneettinen arkki 10 muodostuu yhdestä aikaisemmin mainitusta koostumuksesta. Sopiva esimerkki on amorfinen Gd-Co-lejeerinki tai Gd-Fe-lejeerinki. Ne ominaisuudet amorfisessa kalvossa, jotka tarvitaan käyttöä varten kupladomeenijärjestelmässä, on edellä jo kuvattu. Arkilla 10 on etu-jännitemagneettikenttä suorassa kulmassa sen tasoa vastaan halkaisijan säilyttämiseksi sylinterimäisissä magneettidomeeneissa magneettiarkissa 10.
Esijännitekenttä aikaansaadaan esijännitekenttälähteellä 12, jona voi olla ulkoinen käämi. Jos niin halutaan, voidaan esijännitekenttä aikaansaada perma-nenttimagneettikerroksella taikka toisella magneettisella arkilla, joka on 22 57673 vaihtokytketty magneettiarkkiin 10.
Kun domeeneja on siirrettävä magneettinavoilla, jotka on luotu pehmeis-tä magneettisista elementeistä, jotka on sijoitettu lähelle magneettiarkkia 10, aikaansaadaan siirtokenttä H siirtokenttälähteellä 14· Siirtokenttä H on uudelleenorientoimismagneettikenttä magneettisen arkin 10 tasossa, joka kenttä muodostaa vetävät ja poistavat (poistyöntävät) magneettinavat pitkin pehmeitä magneettisia elementtejä, jotka ovat lähellä magneettiarkkia 10. Siirtokenttälähde 14 muodostuu ulkoisista käämeistä, jotka on sijoitettu magneettiarkin 10 ympärille ja joihin vaihdelleen annetaan pulsseja magneettikentän aikaansaamiseksi mielivaltaiseen toivottuiin suuntaan. Kuviossa 9 on siirtokenttä H pyörivä magneettikenttä, joka voidaan suunnata johonkin suunnista 1, 2, 3 ja 4·
Vaikkakin kupladomeeniolosuhteita tullaan selittämään erityisesti viitaten siirtovälineisiin, jotka käsittävät pehmeät magneettiset elementit, lienee selvää, että muita siirtokeinoja, esim. johtosilmukoita yhtä hyvin voidaan käyttää. Esijäimitekenttälähde 12 ja siirtokenttälähde 14 aktivoidaan kentänohjauspiirillä 16, joka tuottaa virran lähteille 12 ja 14 esijännite- kentän H ja siirtokentän H aikaansaamiseksi. Domeenit liikkuvat suljettuja
Z N
ratoja kussakin 2 :stä siirtorekisterissä. Domeenit edustavat binääri-infor- maatiota, jolloin domeenin läsnäolo osoittaa binääristä 1 kun taas domeenin
N
poissaolo osoittaa binääristä 0. Jokaiseen siirtorekisteriin 1, 2 ... 2 kuuli luu domeenigeneraattori 18-1, 18-2, ...18-2 . Nämä generaattorit kirjoittavat informaatiota siirtorekisteriin tulosignaaleilla, jotka tuotetaan kirjoitus-
N
pulssilähteillä 20 johtoihin Wl, W2,... W2 . Jos niin halutaan, voidaan kir-joituskoodinmuuttajaa -avaajaa käyttää yhdessä domeenigeneraattoreiden 18-1, jne. kanssa tarkoituksella viedä indormaatiota valittuihin siirtorekisterei-hin.
Lukukoodinmuuttaja-avaaja 22 kuuluu yhteen siirtorekistereiden kanssa.
Lukukoodinmuuttaja vastaanottaa 2N tulosignaalia, jotka on tuotettu koodin- muuttajapulssilähteestä 24· Niistä tulosignaaleista riippuen, jotka tuotetaan
N
lukukoodinmuuttajaan 22, voidaan mikä tahansa 2 :stä siirtorekisteristä valita informaation lukua varten.
Valinnan jälkeen lukukoodinmuuttajalla 22 kulkee informaatio valittuiin rekisteriin tyhjennysvälineiden26 kautta, jotka aktivoidaan lähteellä 28. Lähdettä 28, koodinmuuttajapulssilähdettä 24 ja kirjoituspulssilähteitä 20 ohjataan selektiivisesti ohjauspiiristä 30, joka tuottaa tulosignaaleja kuhunkin näistä lähteistä niiden aktivoimiseksi oikeana ajankohtana. Tyhjennysvälineet 26 lähettää domeenit valitussa siirtorekisterissä toiseen kahdesta tiestä siitä riippuen, onko informaatio luettava tuhoavasti vaiko ei-tuhoavasti.
Jos tuhoavaa lukua on käytettävä, syötetään valitun rekisterin domeenit suo- 23 57673 raan ilmaisimeen 32, joka voi olla magnetoresistiivinen tunnistuselementti, induktiivinen silmukka, magneto-optinen tunnistuslaite taikka jokin muu il-maisinelin. Ilmaisimeen kuuluu domeeninhävittäjä, joka saa doipeenit romahtamaan. Lähtösignaali ilmaisimesta 32 menee käyttävään elimeen 34» jona voi olla mielivaltainen ulkoinen piiri, joka käyttää hyväksi sitä binääri-informaatiota, joka on valitussa siirtorekisterissä.
Jos ei-tuhoava luku on kysymyksessä, tulee tyhjennysväline 26 suuntaamaan domeenit valitusta rekisteristä domeeninhalkaisijaan 36-1, 36-2,...
36-2 . Halkaisija jakaa tulodomeenit kahteen osaan, joista toinen menee ilmaisimeen 32 tuhoavaa lukua varten samalla kun toinen menee takaisin valittuiin siirtorekisteriin jatkuvaa kiertoa varten tässä siirtorekisterisilmukassa. Kuviossa 9 on siirtorekisterit, luku/kirjoitus-koodinmuuttajat 22 ja tyhjennys-välineet 26 erillisinä komponentteina yksinkertaisuuden vuoksi, mutta on ymmärrettävä, että koodinmuuttaja, jossa on tyhjennysvälineet, on integroitu siirtorekisteriin. Tämän johdosta edustavat johdot 46 ja 44 siirtorekisteri-silmukoita 1, 2,... 2 , jotka leikkaa koodinmuuttaja 22, johon sisältyy tyhjennysvälineet 26.
Kuvion 9 lohkokaavio esittää täydellistä, sylinteridomeenityyppistä
N
muistijärjestelmää, missä indormaatio selektiivisesti kirjoitetaan 2 sään siirtorekisteriin varastointia varten. Siirtorekisterien informaatiosisältö voidaan selektiivisesti osoitteistaa tulosignaaleilla lukukoodinmuuttajasta 22. Riippuen tyhjennysvälineiden 26 aktivoinnista tulevat domeenit valituista rekistereistä luetuiksi tuhoavasti tai ei-tuhoavasti. Jos tyhjennysvälineet osoittavat tuhoavaa lukemista, tulevat domeenit valituissa rekistereissä tuhoavasti luetuiksi ilmaisimella 32. Tuhoavassa lukemisessa aktivoi ohjauspiiri 30 kirjoituspulssilähteen 20, joka vuorostaan aktivoi domeenigeneraattorit
N
18-1, 18-2,... 18-2 , jotka kuuluvat siihen rekisteriin, joka tulee tuhoavasti luetuksi. Siten kirjoitetaan uusi informaatio tuhoavasti luettuun siirto-rekisteriin.
Jos tyhjennysvälineet osoittavat, että informaatio on luettava ei-tuhoavasti valitusta siirtorekisteristä, suunnataan domeenit tästä siirtore-kisteristä domeeninhalkaisijaan, missä ne jaetaan kahdeksi uudeksi domeeniksi. Toinen uusista domeeneista menee ilmaisimeen 32 tuhoavaa lukemista varten samalla kun toinen viedään takaisin valittuun siirtorekisteriin jatkuvasti kiertämään tässä siirtorekisterissä.
Jonkin tai kaikkien siirtorekistereiden valitseminen tuhoavaa taikka ei-tuhoavaa lukemista varten on mahdollista niiden binääristen tulosignaalien mukaisesti, jotka syötetään lukukoodinmuuttajaan. Kuviossa 10 esitetään osa siirtorekisteriä (SR14) koodinmuuttamis- ja tyhjennysfunktioiden kuvaamiseksi. Magneettiarkkia ei ole esitetty.
“ ‘ 57673 24
Domeenit, esimerkiksi 55» siirtyvät oikealle nuolen 36 suuntaan tässä siirtorekisterissä (SRI4)· On ymmärrettävä, että suurta osaa tästä siirto-rekisterisilmukasta ei ole esitetty ja että silmukka ulottuu lisää vasemmalle voidakseen mahduttaa koodinmuuttajasilmukat D1-D2' (kuvio 9) ja antaa riittävästi varastotilaa. Tunnettujen periaatteiden mukaisesti tuottaa siirto-kentän pyörintä (kierto) vetäviä napoja T- ja I-muotoiseen permalloyelement-tiin 54 domeenien siirtämiseksi nuolen 46 suuntaan. Magneettiarkille 10 ja valittujen permalloymagneettien päälle on sijoitettu johtimia, joita käytetään koodinmuuttajasilmukoita D3» D3'> D4 ja D4' varten. Magneettiarkille 10 ja sopiville permalloyelementeille 54 on edelleen sijoitettu tyhjennyssilmukka CL, joka myös on johdesilmukka (esimerkiksi kuparista). Tästä ilmenee, että koodinmuuttajasilmukoissa D3 ja D4' on leveämmät osat niillä alueilla, missä ne leikkaavat T-muotoiset elementit tiellä 46, samalla kun koodinmuuttajasilmukoissa S3' ja D4 ei ole leveämpiä osia, missä nämä ohittavat T-elementit tiellä 46. Tämä merkitsee, että virrat koodinmuuttajasilmukoissa D3* ja D4 eivät vaikuta domeenien kulkuun pitkin tietä 46·
Magneettiarkille 10 on edelleen sijoitettu permalloydomeeninhalkaisi-jat 36-14» jotka tässä tapauksessa käsittävät ylemmän permalloykerroksen ja alemman permalloykerroksen, jotka on osoitettu katkoviivoilla.
Käytettäessä binäärisiä tulosignaaleja 10100110 koodinmuuttajasisään-menoihin Dl, D1,,...D4* selektiivistä lukua varten tästä siirtorekisteristä, ei mitään virtaa ole koodinmuuttajasilmukoissa D3 ja D4’· Kuten aikaisemmin mainittiin, eivät koodinmuuttajasilmukat D3* ja D4 aiheuta mitään vaikutusta siirtorekisterin 14 toimintaan. Tämän johdosta siirtyvät domeenit 53 nuolen 46 suuntaan napa-asentoon 2 T-elementillä 56. Tämän jälkeen tulee domeeni 53 joko seuraamaan sitä tietä, joka osoitetaan nuolella 38 "tai sitä tietä, jota edustaa nuoli 40. Jos tyhjennyssilmukka CL aktivoidaan virtapulssilla, ei mitään vetävää magneettinapa^ tuoteta napa-asentoon 3' elementille 56. Senvuoksi tulevat domeenit, jotka sijaitsevat napa-asennossa 2 elementillä 56, vedetyksi ylöspäin napa-asentoon 4 elementille 56, kun siirtokentällä H on suunta 4. Tämän jälkeen tulevat domeenit siirtymään napa-asentoon 1” T-elementillä 58, kun siirtokentällä H on suunta 1. Siirto nuolen 38 suuntaan jatkuu sen mukaan kun H kiertyy, mikä vie domeenit ilmaisimeen 32 tuhoavaa lukemista varten.
Ilmaisin 32 on kuvattu magnetoresistiivisena ilmaisimena liittyen elementtiin 60. Magnetoresistiivinen tunnistusilmaisin 32 muodostuu magneto-resistiivisesta tunnistuselementistä 62 ja vakiovirtalähteestä 64. Tunnistus-elementin 62 magnetointivektori kiertyy, kun domeenin 53 vuotomagneettikenttä on yhteisvaikutuksessa sen kanssa· Tämä aiheuttaa vastuksen muutoksen tunnistus elementissä 62, mikä ilmenee jännitesignaalina V . Elementtiin 60 sisältyy
O
25 57673 pitkänomainen permalloymalli 66, jolla domeenit 53 siirretään napa-asentoon 4 elementillä 66. Kun H kiertää, siirtyvät domeenit 53 elementin 66 nurkkaan ja suljetaan kiinni tänne myös vaikka H pyörii suuntiin 2 ja 3, koska napa-asento 5 sijaitsee kaukana elementin 66 nurkasta. Kun H sijaitsee asennossa 3, tulee paikallinen kenttä nurkassa työntäväksi (repulsiiviseksi), ja domeenit romahtavat kokoon.
Jos mitään virtaimpulssia ei ole tyhjennyssilmukassa CL, kun domeenit sijaitsevat elementin 56 napa-asennossa 2, tulevat nämä domeenit siirretyiksi pitkin sitä tietä, jota osoitetaan nuolella 40, kun siirtokenttä H pyörii. Siten viedään domeenit domeeninhalkaisijoihin 36-14· Kuten aikaisemmin mainittiin, sisältää tämä halkaisija ylemmän permalloykerroksen, jota osoitetaan ehyillä viivoilla kuvatuilla T- ja 1-elementeillä, ja alemman permalloykerroksen, jote, on osoitettu katkoviivoilla piirretyillä elementeillä. Pyörivän siirtokentän H vaikutuksen alaisena jaetaan domeenit 53* jotka tulevat halkaisijoihin 36-14* kahteen osaan. Osa kulkee kohti ilmaisinta 32 alemman kerroksen kautta ja seuraa vetäviä napoja a-b-c (nuolen 42 suvultaan). Tämän jälkeen seuraavat nämä domeenit tietä 38 ilmaisimeen.
Toinen osa halkaistusta domeenista menee peräkkäisiin napa-asentoihin a’-b’-c' elementillä 68, kun siirtokenttä H pyörii. Nämä domeenit seuraavat sitä tietä, jota osoitetaan nuolilla 44» uudelleenkiertoa varten eiirtorekis-terissä 14· Tämän johdosta aikaansaa tämä kupladomeenijärjestelmä muisti- ja logiikkatoimintoja yhdellä ainoalla arkilla amorfista magneettista ainetta.
Eri komponentteja, joita voidaan käyttää ennestään tunnetuissa kupladomeeni-aineissa, voidaan käyttää myös tässä. Esillä olevassa tapauksessa ovat amorfiset magneettiset aineet helppoja aikaansaada kaiken tyyppisille alustoille ja niillä voi olla valitut paksuudet ja sivumitat.
Myös vaikka permalloymallit on kuvattu domeenien siirtoa varten, on ymmärrettävä, että jondinsilmukkamallia myös voidaan käyttää sekä myös kaista-mallia. Edelleen voidaan kirjoitus- ja tunnistuslaitelmia vaihdella ilman että mennään keksinnön puitteiden ulkopuolelle.
Valomodulaatio
Sen johdosta että esillä olevan keksinnön mukaiset amorfiset magneettiset aineet suosivat magneettisia domeeneja, on mahdollista aikaansaada valo-modulaattori, joka moduloi intensiteettiä tulovalonsäteessä. Esilläolevassa
Cf tapauksessa on toivottavaa suuri magneettinen momentti 4^ M * alhainen koersi- 6 viteetti E , korkea Curie-lämpötila T sekä anisotropiakenttä H , jonka tulee c c p-' a olla suurempi kuin magneettinen momentti 4^ M · Tämä täytetään sopivasti sei-
S
laisilla amorfisilla aineilla kuten Y-Co, La-Co, Ce-Co, Nd-Co ja Pr-Co.
26 57673
Koska magneettisien domeenien magnetointi amorfisen magneettisen aineen arkilla on joko yhdensuuntainen tai antiparalelli tulovalonsäteen suunnan kanssa, tulee valonsäteeseen vaikutetuksi eri lailla riippuen magnetoin-nin suunnasta siinä alueessa magneettista arkkia, johon säde osuu. Tulopola-roidulla valolla tulee polarisaation kierto erilaiseksi riippuen magnetointi-suunnasta näissä domeeneissa, minkä johdosta intensiteetti siinä valonsäteessä, joka kulkee amorfisen magneettisen aineen lävitse, voidaan muuttaa vaihtelemalla suuntaa domeenien magnetoinnissa.
Kuvio 11 kuvaa valomodulaattoria, jossa laser 70 tuottaa valonsäteen, joka kulkee polarointielementin 72 kautta ennenkuin se osuu amorfiseen magneettiseen aineeseen 74· Lähellä kalvoa 74 on domeeniensiirtoelimet 76.
Tässä tapauksessa kuuluu siirtoelimiin 76 T- ja I-muotoiset elementit, jotka aikaansaavat vetävät magneettinavat arkilla 74 olevan domeenin 78 siirtämiseksi siirtomagneettikentän H suuntauksen mukaisesti, joka kenttä tuotetaan siirtolähteelläBO. Kuljettuaan amorfisen arkin 74 lävitse osuu valonsäde analysaattoriin 82 ennenkuin se ilmaistaan valokennolla 84·
Riippuen domeenin 78 esiintymisestä taikka poissaolosta siinä, missä valonsäde osuu amorfiseen arkkiin 74, tulee valonsäteen polarisaatio kiertymään eri lailla. Tietyllä polarisaation kierrolla pystyy valonsäde kulkemaa analysaattorin 82 lävitse ja osumaan valokennoon 84, joka antaa virran vastuksen R lävitse. Toisessa tapauksessa on valonsäteen polarisaation kiertyminen sellainen, että säde ei kulje analysaattorin 82 lävitse ja tämän johdosta ei mitään jännitettä tule ilmaistuksi vastuksessa R. Siten aikaansaadaan valo-modulaattori sopivalla arkilla amorfista magneettista ainetta, joka sisältää domeeneja.
Kuvion 11 yhteydessä on ymmärrettävä, että valo voidaan eaada heijastumaan amorfisesta arkista 74 sen sijaan että se kulkisi arkin lävitse. Molemmissa tapauksissa on efekti sama, nimittäin että valon polarisaatioon vaikutetaan erilailla riippuen domeenien magnetoinnista valonsäteen osumakohdassa.
Permanenttimagneetti
Esillä olevan keksinnön mukaisia amorfisia magneettisia aineita voidaan käyttää permanenttimagneetteina. Tässä tapauksessa on toivottavaa, että magneeteilla on suuri koersitiviteettivoima H , suuri magneettinen momentti f.y c 4JtM ja korkea Curie-lämpötila T . Sopivia koostumuksia ovat Y-Co, jotka on
8 C
doopattu hapella, typellä tai hiilellä.
Erityisen sopiva suoritusmuoto permanenttimagneettikerrokselle, jossa käytetään amorfista ainetta, on magneettiseen arkkiin liittyvä esijänniteker-ros, jolla arkilla on kupladomeeneja. Magneettinen arkki, joka suosii kupla-domeeneja, voi olla kiteinen magneettiarkki taikka esillä olevan keksinnön mukainen amorfinen magneettinen arkki. Toisin kuin kiteisissä permanentti- 27 57673 magneettiaineissa, jotka ovat riippuvaisia kideominaisuuksista suuria esijän-nitekenttiä varten, ovat esillä olevat amorfiset permanenttimagneetit helppoja valmistaa valituin ominaisuuksin edellä annettujen selvitysten mukaan.
Kuvio 12 kuvaa amorfisen permanenttimagneettikerroksen 86 käyttöä, jota kerrosta käytetään aikaansaamaan esijännite magneettikupladomeeniarkil-le 88. Siirtokenttälähde 90 ja ohjaus/logiikkapiirit 92 on järjestetty vaikuttamaan domeeneihin kupladomeeniaineessa 88. Tämä aine voi olla tunnettu aine, jolla on granaattirakenne (esim. (Eu, Y)^ (Ga, Fe)^)^) taikka esilläolevan keksinnön mukainen amorfinen aine. Valmistettaessa kuvion 12 mukaista suoritusmuotoa ei ole kriitillistä, että kideominaisuudet säilytetään, koska amorfinen aine ei seuraa niitä sääntöjä, jotka pätevät kiteisten koostumusten valmistukselle.
Sitä yleisrakennetta, joka käsittää amorfisen magneettisen kerroksen mielivaltaista laatua olevalla alustalla, kuvataan myös kuviossa 12. Tässä yleistapauksessa voi rakenteella olla mielivaltainen käyttö, ja kerros 86 on esillä olevan keksinnön mukainen amorfinen magneettinen kerros. Kerros 88 on mielivaltainen sopiva alusta, esim. puolijohde, eriste taikka metalli. Edelleen voi alusta olla taipuisa taikka jäykkä ja voidaan käyttää välineitä amorfisen magneettien kalvon ja alustan yhdistelmän siirtämiseksi.
Muistiinmerkitsemis-alajärjestelmä
On mahdollista kerrostaa esillä olevaa amorfista magneettista ainetta muistiinmerkitsemisaineeksi alustalle, esim. puolijohteelle, eristeelle taikka metallille. Alustana voivat olla nauhat tai levyt. Edelleen voidaan tätä amorfista magneettista ainetta valmistaa magneettisina osasina sideaineessa (esim. tavanomainen hartsityyppinen sideaine) käytettäväksi mielivaltaisella alustalla.
Kuvio 13 esittää nauha- tai levy-muistiinmerkitsemisainetta 94» joka sisältää esillä olevan keksinnön mukaisen amorfisen magneettisen kalvon, jolle on sijoitettu luku/kirjoitus-päämuisti 96. Muuttajaa 96 käytetään informaation muistiinmerkitsemiseen magneettisiin domeeneihin nauhalla tai levyllä 94 ja varastoidun informaation lukemiseen tunnettuun tapaan. Tätä tarkoitusta varten lähetetään muistiinmerkitsemisaineesta 94 luettuja sähköisiä signaaleja tunnistusvahvistimeen 98 ja senjälkeen käyttävään piiriin 100, jona voi olla mielivaltainen piiri, jota käytetään tavanomaisessa datatekniikassa.
Kuvion 13 mukaisen amorfisen kalvon käyttämisellä on monia etuja.
Levy- tai nauha-alustat voivat olla joko taipuisia taikka jäykkiä. Edelleen on amorfinen aine helppo kerrostaa (sijoittaa) kaikentyyppisille alustoille tasaisesti, niin että yhtenäiset magneettiset ominaisuudet saadaan kaikkialla.
28 57673
Esimerkki
Amorfisia magneettisia koostumuksia, joilla on yksiakselinen anisotro-pia, on valmistettu käyttäen elektrodihöyrystystä (tasavirta- ja suurtaajuus-) sekä elektronisädehöyrystystä. Yleisesti katsoen on valmistettu kalvoja, joilla on amorfisia ominaisuuksia määrättynä mm. elektronisädediffraktio-tekniikalla. Magneettisia anisotropioita on aikaansaatu, jotka olivat yhdensuuntaisia kalvon tason kanssa ja kohtisuoria kalvotasoon nähden.
I. Elektronisädehöyrystetyt kalvot Tässä menetelmässä kalvon valmistamiseksi aikaansaadaan ensin poly-kiteinen maali käyttäen tavanomaista tekniikkaa. Esimerkiksi sulatetaan pieniä kappaleita niitä aineksia, joita käytetään maalissa, inertisessä kaasuatmos-fäärissä, jolloin käytetään esimerkiksi argonia. Sulatus tapahtuu vesijäähdy-tetyssä kupariliedessä markkinoilla saatavissa olevassa standardikaariuunissa. Lämpötila nostetaan aineksien sulamislämpötilaan tarkoituksella aikaansaada kaarisulatettu harkko. Yleensä tämä on polykiteistä maalia. Laboratoriossa on koenäytteitä valmistettu kaarisulatettua GdCo^ olevasta maalista.
Tämän jälkeen sijoitetaan maali ultrasuurtyhjöhöyrystimeen, jossa -9 peruspaine on noin 10 torr. Harkko sijoitetaan vesijäähdytettyyn kuparilieteen ja kuumennetaan elektronisäteillä, jotka saadaan höyrystimen elektronikanuu-nasta. Noin 10 kV kiihdyttäviä jännitteitä käytetään yhdessä noin 100 mA sädevirtojen kanssa.
Ne alustat, joita käytetään näiden kalvojen kerrostukseen, ovat mielivaltaisesti valittuja ja alustoja, kuten lasia, kiilloitettua kovetettua kvartsia, vuorisuolaa ja safiiria on käytetty menestyksellä. Alustoja jäähdytetään juoksevalla typellä ja niiden lämpötila on noin 100°K höyrystyksen aikana. Kerrostumisnopeus oli yleensä noin 30 k sekunnissa.
Eräässä tapauksessa on kalvoja valmistettu 400 1 ja 4000 1 paksuisina. Nämä kalvot olivat Gd-Co-lejeerinkejä, jotka osoittautuivat tulevan amorfisiksi elektronisädediffraktiolla. Atomit niissä kerrostamisaineissa, jotka osuvat alustaan, lähenivät vinossa kulmassa (missä tahansa, joka poikkesi 90° kulmasta alustan tasoon nähden) tarkoituksella aikaansaada yksiakselinen anisotropia sen mukaan kuin edellä selitettiin. Suorakulmaisia domeeneja havaitaan tässä kalvossa.
Erässä toisessa kalvonkerrostuksessa oli alustan lämpötila 273°K. Samaa alustaa käytettiin ja sen lisäksi BaTiO^ alustaa sekä halkaistua kvartsialus-taa. Kaalikoostunrus (GdCo,.) oli sama kuin mitä käytettiin edellisen kappaleen 400 a ja 4000 k kalvoissa. Vain alustalämpötilaa muutettiin tässä koostumuksessa. Esillä olevassa tapauksessa oli kalvossa paikallisesti kiteitä yleensä amorfisessa matriisissa, mikä osoittaa, että alustan lämpötila on kriitillinen elektronisädekerrostusprosessissa. Jotta aikaansaataisiin olennaisesti amor- 25 57673 fisia kalvoja, täytyy alustan lämpötilaa laskea 273°K:sta.
Eräässä toisessa elektronisädekerrostuksessa oli maalikoostumuksena GdCOg ja alustaa jäähdytettiin nestemäisellä typellä. Valmistettu kalvo oli amorfinen ja siinä oli yksiakselinen magnetointi kalvon tasossa. Vaikutti, kuin magnetointi M tässä koostumuksessa olisi liian suuri, niin että suhde cf ® E /4 M ei ollut tarkkaan oikea kohtisuoralla magnetoinnilla varustettujen a s domeenien suosimiseksi.
Elektrodihöyrystetyt kalvot
Monia amorfisia kalvoja on valmistettu tasavirta- tai suurtaajuus-elektrodihöyrystyksellä vaihtelevilla höyrystysparametriarvoilla. Näissä kalvoissa oli kohtisuora magneettinen anisotropia ja yhdensuuntainen magneettinen anisotropia sekä ne olivat yksiakselisia. Monia arvoja magnetoinnille ja muille magneettisille parametreille saatiin niiden periaatteiden mukaisesti, joita on edellä tässä selityksessä kaavailtu.
Edellä on selitetty erilaisia järjestelyitä, joissa magneettiset koostumukset, joissa on yksiakselinen magneettinen anisotropia olennaisesti amorfisen rakenneominaisuuksin, on tullut käyttöön. Näitä koostumuksia voidaan valmistaa massa- tai ohutkalvomuodossa ja magneettisia ominaisuuksia voidaan ohjata laajoilla alueilla.
Edelleen voidaan helposti ajatella monia muita sovellutuksia kuin tässä esitetyt näille kalvoille, erityisesti ajatellen helppoutta vaihdella ominaisuuksia ja laajaa koostumusaluetta. Sen johdosta että ne ankarat alusta-vaatimukset, jotka normaalisti ovat olemassa kidevalmistuksessa, eivät ole tässä voimassa, voidaan näitä kalvoja käyttää kaiken tyyppisissä ympäristöissä kaiken tyyppisten alustojen kanssa.
On itsestään selvää, että näiden kalvojen magneettisia ja/tai rakenteellisia ominaisuuksia voidaan vaihdella merkittävässä laajuudessa ja muita menetelmiä kuin tässä selitettyjä voidaan käyttää. Edelleen voidaan toisenlaista valmistustapaa käyttää tekniikassa tunnettujen periaatteiden mukaisesti.

Claims (32)

  1. 30 57673 *
  2. 1. Magneettinen domeen i laite , tunnettu magneettisesta väliaineesta, jossa mainittuja öomeeneja on, joka väliaine on amorfista magneettista ainetta, jossa on ei-magnetokiteinen yksiakselinen anisotropia, sekä välineistä, joilla mainittuihin domeeneihin vaikutetaan mainitussa amorfisessa magneettisessa väliaineessa.
  3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu amorfinen magneettinen aine on mikrokiteisessä rakenteessa, jossa on paikallinen atominen järjestys alueilla, joiden laajuus on noin 100 A tai vähemmän.
  4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitulla amorfisella aineella on paikallinen atominen järjestys alueilla, joiden laajuus on noin 25 A tai vähemmän. k. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu yksiakselinen anisotropia muodostaa pääasiassa suoran kulman mainitun amorfisen magneettisen aineen tason suhteen.
  5. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu amorfinen magneettinen aine muodostuu yhdestä ainoasta alkuaineesta, jolla on magneettinen momentti.
  6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu alkuaine on jostakin jaksottaisen järjestelmän äf-, 5f“ tai 3d-alkuaine-sarj asta.
  7. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu amorfinen magneettinen aine sisältää joukon alkuaineita, joista ainakin yhdellä on pariton magneettinen spin.
  8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitun amorfisen aineen muodostaa amorfinen lejeerinki harvinaisista maametal-leista ja siirtymämetalleista.
  9. 9· Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuna lejeerinkinä on Gd-Co-lejeerinki.
  10. 10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuna lejeerinkinä on Gd-Fe-lejeerinki.
  11. 11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu amorfinen magneettinen aine sisältää lisäyksen, joka kytkeytyy antiferro-magneettisesti magneettiseen atomiin mainitussa amorfisessa aineessa.
  12. 12. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu amorfinen magneettinen aine sisältää lisäyksen, joka kytkeytyy ferro-magneettisesti magneettiseen atomiin mainitussa amorfisessa aineessa. 3i 57673
  13. 13. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu amorfinen magneettinen aine sisältää lisäyksen, joka muuttaa atomista järjestystä mainitussa amorfisessa magneettisessa aineessa siinä olevien domeeni-rajojen leveyden suhteen. il*. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut amorfinen aine muodostuu tertiäärisestä lejeeringistä, joka on magneettisesti järjestynyt.
  14. 15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu amorfinen magneettinen aine sisältää lisäalkuaineena 0, N, C tai P.
  15. 16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu amrofinen magneettinen aine on doopattu alkuaineilla, joita esiintyy aina 50 atomiprosentin suuruiseen määrään saakka.
  16. 17. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu yksiakselinen anisotropia on parijärjestysanisotropiaa.
  17. 18. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu amorfinen aine on arkki, joka on sijoitettu alustalle.
  18. 19- Patenttivaatimuksen 18 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuna alustana on puolijohde.
  19. 20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu puolijohde on piitä.
  20. 21. Patenttivaatimuksen 18 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuna alustana on eriste.
  21. 22. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu tunnistus-välineistä mainittujen domeenien magnetointitilan ilmaisemiseksi.
  22. 23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut domeenit ovat magneettisia kupladomeeneja. 2b. Patenttivaatimuksen 22 mukainen laite, tunnettu siitä, että amorfisena aineena on alustalle sovitettu arkki.
  23. 25. Patenttivaatimuksen 2b mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuna alustana on taipuisa aine.
  24. 26. Patenttivaatimuksen 2b mukainen laite, tunnettu siitä, etttä mainittuna alustana on jäykkä alusta. 27« Patenttivaatimuksen 2b mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuna alustana on eriste.
  25. 28. Patenttivaatimuksen 2b mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuna alustana on piitä.
  26. 29. Patenttivaatimuksen 2b mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittuna alustana on metalli. 32 57673
  27. 30. Patenttivaatimuksen 22 mukainen laite, tunnettu välineistä mainitun amorfisen magneettisen aineen siirtämiseksi.
  28. 31. Patenttivaatimusten 1-30 mukainen magneettikupladomeenilaite, tunnettu siitä, että mainittu amorfinen magneettinen aine pystyy suosimaan magneettisia doraeeneja, ja kirjoituselimistä magneettisen tilan ohjaamiseksi mainitussa amorfisessa magneettisessa aineessa olevissa domeeneissa sekä lukuelimistä mainitussa amorfisessa magneettisessa aineessa olevien domeenien magnetointi-tilan ilmaisemiseksi.
  29. 32. Patenttivaatimuksen 31 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu amorfinen magneettinen aine muodostuu olennaisesti amorfisista osasista, jotka sijaitsevat sideaineessa.
  30. 33· Patenttivaatimuksen 31 mukainen magneettimuistiinmerkitsemislaite, tunnettu siitä, että mainittuna amorfisena magneettisena aineena on kerros, joka on sijoitettu alustalle. 3^. Patenttivaatimuksen 33 mukainen magneettimuistiinmerkitsemislaite, tunnettu siitä, että mainittuna alustana on levy.
  31. 35· Patenttivaatimuksen 33 mukainen magneettimuistiinmerkitsemislaite, tunnettu siitä, että mainittuna alustana on nauha.
  32. 36. Patenttivaatimuksen 31 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut kirjoituselimet ja lukuelimet on sijoitettu riittävän lähelle amorfista magneettista ainetta ollakseen magneettikytkentäsuhteessa siinä oleviin domeeneihin. 37« Patenttivaatimuksen 36 mukainen laite, tunnettu välineistä suhteellisen liikkeen aikaansaamiseksi mainittujen kirjoitus- ja mainittujen lukuelimien sekä mainitun amorfisen magneettisen aineen välillä. 57673 33
FI2693/73A 1972-08-29 1973-08-29 Magnetisk domaenanordning FI57673C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US28451372A 1972-08-29 1972-08-29
US28451372 1972-08-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI57673B true FI57673B (fi) 1980-05-30
FI57673C FI57673C (fi) 1980-09-10

Family

ID=23090479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI2693/73A FI57673C (fi) 1972-08-29 1973-08-29 Magnetisk domaenanordning

Country Status (13)

Country Link
JP (2) JPS5734588B2 (fi)
CA (1) CA1017450A (fi)
CH (1) CH554049A (fi)
DE (1) DE2342886C3 (fi)
DK (1) DK144153C (fi)
ES (1) ES417823A1 (fi)
FI (1) FI57673C (fi)
FR (3) FR2198216B1 (fi)
GB (1) GB1436011A (fi)
IT (1) IT989040B (fi)
NO (1) NO146381C (fi)
SE (1) SE395982B (fi)
ZA (1) ZA733619B (fi)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5061111A (fi) * 1973-09-28 1975-05-26
JPS5163492A (en) * 1974-11-29 1976-06-01 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd Jiseiusumakuno seizohoho
US4013803A (en) * 1975-10-30 1977-03-22 Sperry Rand Corporation Fabrication of amorphous bubble film devices
JPS5850337B2 (ja) * 1976-10-26 1983-11-10 富士ゼロックス株式会社 プリンタ
DE3317101A1 (de) * 1982-05-10 1983-11-10 Canon K.K., Tokyo Magnetooptischer aufzeichnungstraeger
JPS58196639A (ja) * 1982-05-10 1983-11-16 Canon Inc 光熱磁気記録媒体
JPS5961011A (ja) * 1982-09-30 1984-04-07 Ricoh Co Ltd 光磁気記録媒体
JPS61141925A (ja) * 1985-12-14 1986-06-28 Kobe Steel Ltd 原料粉末予熱装置の排熱利用方法
JPH0323228Y2 (fi) * 1986-06-19 1991-05-21
JPS6319541U (fi) * 1986-07-22 1988-02-09
CN114214507B (zh) * 2021-12-17 2023-08-08 安徽省湖滨机械厂 一种高性能铁基非晶纳米晶带材的热处理装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3427154A (en) * 1964-09-11 1969-02-11 Ibm Amorphous alloys and process therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JPS4947043A (fi) 1974-05-07
FR2198166B1 (fi) 1976-05-07
DE2342886A1 (de) 1974-03-28
GB1436011A (en) 1976-05-19
JPS57172318A (en) 1982-10-23
NO146381B (no) 1982-06-07
FR2198216B1 (fi) 1978-01-20
NO146381C (no) 1982-09-15
FR2198166A1 (fi) 1974-03-29
ES417823A1 (es) 1976-06-16
SE395982B (sv) 1977-08-29
DK144153B (da) 1981-12-21
DK144153C (da) 1982-06-21
IT989040B (it) 1975-05-20
CH554049A (de) 1974-09-13
FI57673C (fi) 1980-09-10
DE2342886B2 (de) 1980-09-25
JPS5810727B2 (ja) 1983-02-26
FR2198232A1 (fi) 1974-03-29
FR2198232B1 (fi) 1976-06-18
FR2198216A1 (fi) 1974-03-29
DE2342886C3 (de) 1981-09-24
AU5879673A (en) 1975-02-06
JPS5734588B2 (fi) 1982-07-23
ZA733619B (en) 1975-01-29
CA1017450A (en) 1977-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3965463A (en) Apparatus using amorphous magnetic compositions
US3949387A (en) Beam addressable film using amorphous magnetic material
JPS59210630A (ja) 磁気薄膜構造体の製造方法
FI57673B (fi) Magnetisk domaenanordning
US7914916B2 (en) Thermally stable high anisotropic high magnetic moment films
KR102605027B1 (ko) 반도체 장치
Davies et al. The design of single crystal materials for magnetic bubble domain applications
US5612131A (en) Composite magneto-optic memory and media
US4435484A (en) Device for propagating magnetic domains
De Wit Soft magnetic multilayers
US4670316A (en) Thermo-magnetic recording materials supporting small stable domains
Fujimori et al. Huge magnetostriction of amorphous bulk (Sm, Tb) Fe2-B with low exciting fields
Shin et al. Effects of sputtering pressure on magnetic and magneto‐optical properties in compositionally modulated Co/Pd thin films
EP0125536A2 (en) Thermo-magnetic recording materials supporting small stable domains
Maeno et al. Magnetic properties of multiple‐structure multilayered Co/Pd films
JPH09501790A (ja) 磁気−光学記録媒体
JP2738733B2 (ja) 磁性膜
Kaidatzis Mn-Based Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions
Frost Perpendicular Anisotropy in Heusler Alloy Thin Films for CPP-GMR Devices
Togami Amorphous GdCo Thin Films for High Density Thermomagnetic Recording
Tran High target utilisation sputtering for the development of advanced materials for magnetic data storage applications
JPS6367326B2 (fi)
ROBERTS MAGNETIC PROPERTIES OF SOME AMORPHOUS RARE-EARTH-TRANSITION METAL ALLOYS PREPARED BY DUAL-SOURCE EVAPORATION.
Contreras et al. In-plane anisotropy studies in amorphous CoFeNb films
Huang Cobalt-platinum and iron-platinum nanoparticles for high density magnetic recording