JPH01125788A - ブロッホラインの転送方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は磁壁内におけるブロッホラインの転送方法に関
する６磁性薄膜中の磁区の周囲に形成された磁壁内にお
けるブロッホラインを用いて情報の記録を行なうブロッ
ホラインメモリは極めて高い密度にて情報を記録するこ
とができるメモリとして各種電子装置ｄへの応用が考え
られる。

［従来の技術］ 現在、コンピュータ用外部メモリ、電子ファイル用メモ
リ、静止画ファイル用メモリ等のメモリとしては、磁気
テープ、ウィンチエスタ−ディスク、フロッピーディス
ク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気バブルメモリ等
の各種のメモリデバイスが使用されている。これらのメ
モリデバイスのうちで、磁気バブルメモリを除く他のメ
モリは情報の記録や再生の際に記録＋ｔｊ生用代用ヘッ
ドモリに対し相対的に移動させることが必要である。即
ち、この様なヘッドの相対的移動にともない、該ヘッド
により情報トラックに固定的に情報列を記録したり該情
報トラックに固定的に記録されている情報列を再生した
りする。

しかるに、近年、次第に記録密度の高度化が要求される
につれて、ヘッドを情報トラックに正確に追従させるた
めのトラッキング制御が複雑になり該制御が不十分なた
めに記録再生信号の品位が低下したり、ヘッド移動機構
の振動やメモリ表面に付着したゴミ等のために記録再生
信号の品位が低下したり、更に磁気テープ等ヘッドと接
触しながら記録１ｊ生を行なうメモリの場合には摺動に
より摩耗が発生し、光デイスク等ヘッドと非接触にて記
録１り生を行なうメモリの場合には合焦のためのフォー
カシング制御が必要となり該制御がネト分なために記録
再生信号の品位が低下したりするという問題が生じてい
る。

一方、磁気バブルメモリは、所定の位置にて情報の記録
を行ない該記録情報を転送することができｎつ情報を転
送しながら所定の位ｉｒｔにて情報を［■■生すること
ができ記録再生に際しヘッドとの相対的移動を必要とせ
ず、このため記録密度の高度化に際しても上記の様な問
題を生ずることがなく、高信頼性を実現することができ
ると考えられている。

しかしながら、磁気バブルメモリは磁性ガーネット膜等
の膜面に垂直な方向に磁化容易軸をもつ磁性薄膜に磁界
を印加することにより生ぜしめられる円形の磁区（バブ
ル）を情報ビットとして用いるため、現在のガーネット
膜の材料特性から制限される最小バブル（直径０．３μ
ｍ）を使用しても数十Ｍビット１ｃｒｄが記録密度の限
界であり、更なる高密度化りま困難である。

そこで、最近、上記磁気バブルメモリの記録密度の限界
を越える記録密度をもつメモリとしてブロッホラインメ
モリが注目されている。このブロッホラインメモリは、
磁性薄膜に生ぜしめられる磁区の周囲に存在するブロッ
ホ磁壁構造に挟まれたネール磁壁構造（ブロッホライン
）の対を情報ビットとして用いるものであるため、上記
磁気バブルメモリに比べて２桁近い記録密度の高度化が
可能である。たとえば、バブル径０．５μｍのガーネッ
ト膜を使用した場合、１．６Ｇビツト／　ｃ　ｍ’の記
録密度を達成することが可能であるし［日経エレクトロ
ニクス４１９８３年８月１５日、ｐ＋４１〜！６７　　
参照］。

第７図にブロッホラインメモリを構成する磁性体構造の
一例の模式的斜視図を示す。

図において、２はＧ　Ｇ　Ｇ　、　Ｎ　ｄ　Ｇ　Ｇ等の
非磁性ガーネットからなる基板であり、該基板−Ｆには
磁性ガーネット薄膜４が付与されている。該膜は。

たとえば液相エピタキシャル成長法（［、ＰＥ法）によ
り成膜することができ、その厚さはたとえば５μｍ程度
である。６は磁性ガーネット薄膜４中に形成されたスト
ライブ状磁区であり、該磁区の内外の境界領域として磁
壁８が形成されている。

該ストライブ状磁区６の幅はたとえば５μｍ程度であり
長さはたとえば１００μｍ程度である。また、磁壁８の
厚さはたとえば０．５μｍ程度である。矢印で示される
様に、磁区６内においては磁化の向きは上向きであり、
一方磁区６外においては磁化の向きは下向きである。

磁壁８内における磁化の向きは内面（即ち磁区６側の而
）側から外面側へと次第にねじれた様に回転している。

この回転の向きは磁壁６中に垂直方向に存在するブロッ
ホラインｌＯを境界としてその両側では逆になる。第７
図においては磁壁８の厚さ方向の中央部における磁化の
向きが矢印で示されており、ブロッホラインｌＯにおけ
る磁化の向きも同様に示されている。

尚、以上の様な磁性体構造には外部から下向きのバイア
ス磁界ＨＢが印加されている。

図示される様に、ブロッホラインＩＯには磁化の向きの
異なる２つの種類が存在し、これらのブロッホラインの
対の有無を情報“１′、“０”に対応させる。該ブロッ
ホライン対は磁壁８中において規則正しい位１６即ちポ
テンシャルウェルのうちのいづれかに存在する。また、
ブロッホライン対は基板面に垂直なパルス磁界を印加す
ることにより各々が隣りのポテンシャルウェルへと順次
転送される。かくして、ブロッホラインメモリへの情報
の記録（磁壁８へのブロッホライン対の書込み）及び該
ブロッホラインメモリに記録されている情報の再生（磁
壁８中のブロッホライン対の読出し）は、ブロッホライ
ン対を磁壁８内で転送しながらそれぞれ所定の位置で行
なうことができる。上記情報の記録及び再生はいづれも
それぞれ基板面に垂直な所定の強さのパルス磁界を所定
の部分に印加することで行なうことができ、第７図には
示されていないが、これら記録及び再生のためのパルス
磁界印加手段として磁性薄膜４の表面にストライブ状磁
区６に対しそれぞれ所定の位置関係にてパルス通電用の
導体パターンが形成される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかして、以上の様なブロッホラインメモリにおいて、
ブロッホライン対のためのポテンシャルウェルの形成は
、たとえば磁性薄膜の表面に該磁壁を横切る様に規則正
しいパターンを付与することにより行なわれる。

第８図はこの様なパターンの一例を示すブロッホライン
メモリの部分平面図である。

図において、磁性薄膜４の表面にはストライプ磁区６を
横切る方向に延びているライン状のパターン９が多数平
行に設けられている。該パターンはたとえばＣｒ、Ａ１
．Ａｕ、Ｔｉ等の導体層からなり、その幅はたとえば０
．５μｍ程度であり、配列ビッヂはたとえばｌｕｍ程度
である。該パターン状導体層の形成に基づく歪により磁
壁８内のポテンシャルウェルの配列を規則正しく且つ周
期的なものとすることができる。また、上記パターン９
としては、上記導体層の他、たとえば磁性体層や、更に
■イオン、Ｈｃイオン、Ｎｅイオン等のイオンを磁性薄
膜４の表面近傍に上記パターン状に打込んだものを用い
ることもできる。

これらパターンにより形成される各ポテンシャルウェル
はブロッホライン転送方向に関して対称的である。

ところで、上記の様に、ブロッホラインの転送は、磁性
薄膜４の膜面に対して垂直のパルス磁界を印加して、こ
れにより生ぜしめら九る磁化の歳差運動を利用して隣接
ポテンシャルウェルへと移動させることにより行なわれ
る。ところが、上記の様な対称的ポテンシャルウェルの
場合にはパルス磁界として単純な方形パルス磁界を用い
たのでは特定の向きに安定に移動させることができない
。このため、第９図に示される様に、ブロッホライン転
送用のパルス磁界）１　ｐとして立上り時間に対し立下
り時間が］−分に大きい形状のパルス磁界を用い、これ
により特定の向きへの非可逆的転送を確実に行なってい
た。

このため、方形パルス磁界発生の場合に比べてパルス磁
界発生のための電気回路が複雑になり、更に立下り時間
が長いので転送速度を向上させることが困難であり更に
消費電力が大きくなるという問題点があった。

そこで、本発明は、以上の様な従来のブロッホライン転
送における問題点を解決し、ｒｆＲ単な構成で安定、高
速且つ良好なブロッホライン転送を実現することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、以」二の如き目的を達成するものとし
て、 磁性薄膜中の磁区の周囲に形成された磁壁内にてブロッ
ホラインを転送する方法において、磁性薄膜面に垂直の
方向にパルス状磁界を印加し、該パルス状磁界としてそ
の立上りにともなって生ずるブロッホライン転送イ１”
動磁界が上記パルス状磁界の立下りにともなって生ずる
ブロッホライン転送有効磁界よりも大きくなる様な波形
のものを用いることを特徴とする、ブロッホラインの転
送方法、 が提供される。

［実施例］ 以下１図面を参照しながら本発明を更に詳細に説明する
。

上記の様に、従来のブロッホラインメモリにおいて単純
な方形波パルス磁界が用いられない理由は次の通りであ
る。

第１図（ｂ）に示される様に、ブロッホライン転送のた
めに磁性薄膜面に串直にパルス磁界Ｈｐを印加すると、
該印加磁界により磁壁が該磁壁面に垂直の方向に移動す
る結果、反磁界Ｈｄが発生する。このため、ブロッホラ
イン移動に右動に寄与する磁界はパルス磁界Ｉｉ　ｐの
立−Ｅり時のＩＮｅｆｒ−１）及ヒパルス磁界＋１ｐ＋
７）立下り時ノＨ（ｅｒｆ−２）であり、またこれらは
大きさが同一で極性が逆である。このため、ブロッホラ
インは有効磁界ＩＩ（ｃｆｒ−ｌ）により所望の向きに
移動しても有効磁界ＩＩ　（ｅｆｒ−２）により逆向き
に同一の距離だけ移動して結局もとの位置に戻る。この
ため、上記第９図に示される様に立しり時間が短かく口
つ立下り時間が長いパルスを用い、パルス立下り時の有
効磁界を小さくして、もとの位置へと戻るのを防いでい
るのである。

これに対し、本発明は、第１図（ａ）に示される様に、
方形パルス磁界！１ｐを用いるのであるが、その幅ΔＬ
を十分に短かくして立上り時の有効磁界Ｉｔ　（ｅｒｒ
−Ｉｔ　よりも立下り時の有効磁界■（ｅｒｆ−２）の
大きさを小さくするのである。

上記パルス幅Δｔは次の様にして決定することができる
。

第２図（ａ）はＸ方向に細長いストライプ磁区６を有す
る磁性は膜４の部分断面斜視図である。

該磁区６の一方の側の磁壁８ａに作用する反磁界＋１ｄ
は等価的に他方の側の磁壁８ｂの位置に単位深さ当り２
Ｍの電流密度の平面電流が流れているとして計党でき、
上記ストライプ磁区６の幅をｄとすると以下の式で表さ
れる。

１１ｄ（ｄｌ＝　４ｚＭ（Ｉ−［２ｔａｎ−１（ｄ／ｈ
ｌ−（ｄ／ｈ）　　・ｌｏｇ（ｄ２／ｈ２（ｌｅｄ　２
／ｈ２）ｌ］／π）・・・・　（１） ここで、Ｍは磁壁磁化であり、ｈは磁性薄膜４の厚さで
ある。

第２図（ｂ）は上記第２図（ａ）の様なストライプ磁区
６が多数平行に配列されているブロッホラインメモリの
マイナーループを示す模式的断面図である。図示される
様に、磁区幅ｄと同一の間隔をおいて磁区６が配列され
ているとすれば、１つの磁壁のまわりに対称的に同じ向
きの電流が流れることになり、反磁界は相殺されてＯと
なり、理想的である。

この場合において、第２図（Ｃ）にされる様に、磁性薄
膜に垂直にパルス磁界ＩＩ　ｐを印加すると、磁界と同
一の向きの磁化をもつ磁区６の幅が広がり、磁壁はΔｙ
だけ移動する。ここで、１つの磁壁８ａに着目すると、
偶数番目の磁壁までの距離は変化せず、奇数番目の磁壁
までの距離のみ変化する。従って、この磁壁移動により
、磁壁８ａに生ずる反磁界］１ｄ（Δｙ）は次の様に表
わされる。

１１ｄ（Δｙ）＝Σ（Ｉｌｄ（（２ｎ＋１）ｄ−２Δｙ
ｌ　−１１ｄ（（２ｎ＋ｌ）ｄ＋　２Δｙ））・・・・
　（２） ここで、ｎは０．１．２．３．４．−−・−である。

Δｙ　／　ｄは十分に小さいとみなしてよいので、上記
式（２）は次の様になる。

１１ｄ（Δ　ｙ　）　与　１１ｄ＋ｄ−２Δ　ｙ）　　
−＋１ｄ（ｄ令２Δ　ｙ　）１ｌｄ −−４「−Δｙ ＝　−１６（Ｍ／ｈ）・ ｌｏｇ（ｄ２　／ｈ２　　（Ｉ◆ｄ　２／ｈ２）ｌ　・
　Δｙ＝Ａ　・　Δｙ ・　・　・　・　（３） ここで、磁壁の移動度をμとすると、 （１１ｐ　＋　１ｌｄ）μ＝＋工 ・・・・　（４） であり、鎖式は式（３）を考慮して、更に」ＬＬ　−ｕ
Ａ・Δｙ−μ＋Ｉ　ｐ　＝　ＯＬ ・・・・（５） と表される。

上記方程式（５）を解き、１＝０でΔｙ＝Ｑとすると、 Δｙ＝Ｈｐ　　（ｅｘｐ　　（ｕＡし）−１）／Ａ・・
・・　（６） となる。

式（６）から、Δｙは時定数て＝−１／μＡで飽和し、
飽和した状態ではＨｐ　＝　ｌｌｄであることが分る。

従って、Ｉｆ　ｐのパルス幅ΔＬを一１／μＡより小さ
く設定すれば、磁壁移動により発生する反磁界１１ｄの
大きさカ月１ｐと同じになる前にパルスが立下るため、
第１図（ａ）に示される様に、）Ｎｅ［−２）をＩｔ　
（ｅｒｒ−ｌ）よりも小さくすることができる。

上記磁壁の移動度μは磁壁中のブロッホライン密度によ
り変化するが、ブロッホラインがそれ程密に存在しない
場合には。

μ：γΔ０／α　　・・・・（７） となる。ここで、ａはダンピングパラメータであり、γ
はジャイロ磁気定数であり、Δ０は磁壁幅パラメータで
ある。

よって、上記時定数工は ｔ：＝ｈａ／ｌａｙΔＯＭ− １ｏｇｌｄ２／ｈ２　（ｌａｄ　２　／ｈ２　））・・
・・（８） と表され、磁性薄膜の厚さｄと磁気的パラメータα、γ
、Δｏ、Ｍに応じて決まることが分る。

そして、上記垂直パルス磁界ＩＩ　ｐのパルス幅Δｔが
Δしくでとなる条件下でイｊ効なブロッホライン転送を
行なうことができる。

尚、パルス幅ΔＬを短くすると、１パルス当りのプロッ
ライン移動距離が短くなりｌパルスでは隣接ポテンシャ
ルウェルまで移動させることができない場合も生ずるが
、この場合には連続して複数個のパルス磁界＋１　ｐを
印加すれ（ｆよい。

以上の様にして印加パルス磁界のパルス幅を設定するこ
とにより、印加パルス磁界のエネルギーが有効にブロッ
ホライン転送に利用されるため、小さなパルス磁界でブ
ロッホライン転送が可能となり、低消費電力が実現する
。また、パルス幅の小さい磁界の印加でブロッホライン
の効率的な転送を行なうことができるので、転送速度が
速くなり、ブロッホラインメモリの情報記録速度及び情
報再生速度の向上が可能となる。

以下、本発明の具体的実施例を示す。

実施例１： 第３図は本発明方法の実施されるブロッホラインメモリ
の第１の実施例の概略構成を示す図である。

図において、２は非磁性ガーネット基板であり、４は磁
性ガーネット薄膜であり、６はストライプ磁区であり、
８は磁壁であり、これらは上記第７図におけると同様で
ある。

また、１４は高透磁率部材であり、１６は上記磁性薄膜
面に対し垂直にパルス磁界を印加するためのコイルであ
り、１８は該コイルにパルス通電するためのパルサーで
ある。

磁性ガーネットＦ９膜４は（ＹＳｍＬｕＧａ）３（Ｇｅ
Ｆｅ）５０１２からなり、膜厚りが４ｇｍである。スト
ライプ磁区６の幅（１は４μｍであり、磁壁磁化Ｍはｌ
　５　ｅ　ｍ　ｕ　／　ｃ　ｃであり、磁壁幅パラメー
タΔ０は５Ｘ１０−６ｃｍであり、ダンピングパラメー
タａは０．１１であり、ジャイロ磁気定数γは１．９Ｘ
１０’　Ｏｅ−’　・５ｅｃ−’であり、ブロッホライ
ン幅パラメータΔは０．　１５μｍである。これらの数
値をｔ２式（８）に代入すると、て＝６ｎｓｅｃが得ら
れる。

有効に垂直パルス磁界Ｉｆ　（ｅ「ｌ）が印加された時
のブロッホライン移動速度Ｖは次の様に表される。

Ｖ＝（ａγ／π）　Ｈ−（ｅｒｒ） ・・・・　（９） ここで、ａは考慮する磁壁の長さであり、磁壁が殆ど動
かないとすれば、ブロッホライン幅πΔとみなすことが
できる。従って上記式（９）は次の様になる。

■＝ΔγＨ（ｅｒｒ） ・・・・　（９′） 鎖式（９゛）に、上記パラメータ値を代入すると、Ｖ＝
２９０Ｘｔｌ（ｅｒｒ）［ｃｍ／５ｅａｌ　となる。

従って、Ｈ（ｅｆｆｌをｌ　ＯＯｅとすると、印加垂直
パルス磁界Ｈｐのパルス幅ΔＬをＥ記で＝６ｎｓｅｃと
同一として、ｌパルス当りのブロッホライン移動距離Δ
ｘ＝Ｖ・ΔＬは約０．２μｍとなり、ブロッホラインの
ポテンシャルウェルのピッチを４μｍとした場合、２０
パルス以上でブロッホラインメモリを隣接ポテンシャル
ウェルまで移動させることができる。

本発明者による実験の結果、３０パルス以上で十分に安
定な転送を行なうことができた。

第４図はその際に、パルサー＋８によりコイル１６に印
加された電流の波形を示す。

実施例：２ 第５図は本発明方法の実施されるブロッホラインメモリ
の第２の実施例の概略構成を示す図である。本図におい
てｔ記実施例１におけると同様の部材には同一の符号が
付されている。

本実施例では、パルス磁界Ｈｐの印加手段として上記第
１実施例におけるコイル１６の代りに、磁性薄膜４の表
面に隣接ストライプ磁区６を縫う様にジクザク状に配設
された通電用導体パターン２０を用いている。該パター
ンには不図示のパルサーが接続されている。

本実施例においては、ストライプ磁区６に極く近接した
導体パターン２０への通電によりパルス磁界Ｈｐを発生
させているので、小さな電流でよく、更にインダクタン
スが小さいので極めて短かいパルス磁界を発生させるこ
とができる。

そして、本実施例においては、導体パターン２０にパル
ス電流を流すことにより、隣接磁区には逆向きのパルス
磁界が印加されることになるので、第６図に矢印で示さ
れる様に、隣接する磁区に関するブロッホライン移動の
向きは逆であり、このため隣接磁区の対面する磁壁では
ブロッホライン移動の向きが同一となり相互作用による
ブロッホライン異常転送が生じにくくなり、転送マージ
ンも広くなる。

［発明の効果］ 以ヒの様な本発明によれば、パルス状磁界としてその立
上りにともなって生ずるブロッホライン転送有効磁界が
上記パルス状磁界の立下りにともなって生ずるブロッホ
ライン転送有効磁界よりも大きくなる様な波形のものを
用いるので、該パルス状磁界として略方形のパルス磁界
を用いて」−分に高速且つ良好なブロッホライン転送を
行なうことができるとともに、該パルス発生のための駆
動回路が簡単となり、消費電力も少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は磁性薄膜面に印加されるモ直パ
ルス磁界Ｈｐと該磁界に基づき発生する反磁界Ｈｄとブ
ロッホライン転送に有効に寄与する磁界ＩＩ　（ｅｒｒ
−１）　、　）ｌ　（ｅｒｒ−２）との関係を示すグラ
フである。 第２図（ａ）はストライプ磁区を有する磁性薄膜の部分
断面斜視図であり、第２図（ｂ）。 （Ｃ）はブロッホラインメモリのマイナーループを示す
模式的断面図である。 第３図は本発明方法の実施されるブロッホラインメモリ
の概略構成を示す図である。 第４図はコイルに印加される電流の波形を示すグラフで
ある。 第５図は本発明方法の実施されるブロッホラインメモリ
の概略構成を示す図である。 第６図はブロッホライン移動の向きを示す図である。 第７図はブロッホラインメモリを構成する磁性体構造の
模式的斜視図を示す。 第８図はブロッホラインメモリの部分平面図である。 第９図はパルス磁界の波形を示す図である。 ２：基板、　４：磁性薄膜、　６：磁区。 ８．８ａ、８ｂ：磁壁、 ｌＯ：ブロッホライン。 １６：コイル、　２０：導体パターン。 代理人　弁理士　　山　下　穣　平 第２図（０） 第２図（ｂ） 第２図（Ｃ） 第３図 第４図 第５図 第６図 ■ＨＰ 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁性薄膜中の磁区の周囲に形成された磁壁内にて
   ブロッホラインを転送する方法において、磁性薄膜面に
   垂直の方向にパルス状磁界を印加し、該パルス状磁界と
   してその立上りにともなって生ずるブロッホライン転送
   有効磁界が上記パルス状磁界の立下りにともなって生ず
   るブロッホライン転送有効磁界よりも大きくなる様な波
   形のものを用いることを特徴とする、ブロッホラインの
   転送方法。
2. （２）パルス状磁界を連続して複数個印加することによ
   りブロッホラインを隣接ポテンシャルウェルへと移動さ
   せる、特許請求の範囲第１項のブロッホラインの転送方
   法。
3. （３）隣接磁区に関して逆向きのパルス状磁界を印加す
   る、特許請求の範囲第１項のブロッホラインの転送方法
   。