JPS647518Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は局所的に取り囲まれた磁区を支持出来
る鉄ガーネツトの層を担持する単結晶非磁性基板
を含み、前記層は前記非磁性基板上にエピタキシ
ヤル成長するようになされかつ成長によつて実質
的に誘導される一軸磁気異方性を有しており、前
記鉄ガーネツトはガーネツト格子の十二面体位置
に少なくとも大きな占有物及び小さな占有物を備
えるクラスの鉄ガーネツト材料であるとした磁区
を移動させるための装置に関する。 “バブル”磁区装置においては、バブル径が小
さくなると、情報記憶密度を大きくすることが出
来る。鉄ガーネツトバブル磁区材料では小径のバ
ブル磁区が安定して存在するという理由で、この
材料がバブル磁区技術に好適なものとされてい
る。バブル磁区装置の製造に有益にちがいないバ
ブル磁区材料に対しては、この材料中に形成され
たバブルの磁壁移動度を大きくなし僅かな駆動磁
界によつてもバブルを急速に移動せしめるように
なすことが大切である。斯かる性質によつて低エ
ネルギー損失で高周波を使用することが出来る。 さらにまた大切なことは、バブル磁区材料が大
きな一軸異方性を有する必要があることである。
このことはバブルの自然発生を回避するために必
要であることが判つた。さらにこの点はバブル磁
区材料中での情報の記憶及び処理の信頼性を高め
るためにも特に重要なことである。 全体の一軸異方性（K_u）は応力又は歪誘導異
方性（K^s _u）と成長誘導異方性（K^g _u）の２項を
有する。このことは K_u（K^s _u）＋（K^g _u） (1) を意味する。 普通のバブル磁区材料ではK_uは主として成長
誘導異方性の項で決まる。この成長誘導異方性を
高めるため、バブルガーネツト材料の格子の十二
面体位置を占有するイオンの選定に際し、その選
定は従来の磁性希土類イオンに限定されていた。
というのは成長誘導異方性に関する当時の理論で
は磁性イオンを使用することは必要としていたか
らである。しかしながら、これに使用される磁性
希土類イオンはそのダンピングに寄与するもので
あつたので、このような選択では最適な磁区移動
度を得ることが出来ない。バブル径を一層小さく
するには一層ダンピングを行なうイオンを組み込
んで所要の高い一軸異方性を実現するようにする
必要がある。 オランダ国特許出願第7514832号に開示されて
いるバブル磁区装置では、バブル磁区材料は十二
面体位置にランタン及びリテチウムを具えてバブ
ル磁区の磁壁の移動度を確実に高めバブル磁区装
置を高周波で作動できるようになしている。この
既知材料のフイルムは6800erg／cm³の成長誘導一
軸異方性（K^g _u）を有し、これはバブル磁区の断
面の径を4μｍという最小値にまで小さくしても
装置の動作を安定になさしめるのに十分であるこ
とが判つた。 この既知材料のフイルムの高い成長誘導一軸異
邦方性（K^g _u）は（最大の大きさの希土類イオン
である）ランタンと（最小の大きさの希土類イオ
ンである）ルテチウムとの組み合わせに基づくも
のであり、一方バブル磁区の磁壁の移動度が大き
いのはランタン及びルテチウムの両者がダンピン
グに寄与しないか又は寄与したとしてもほんの僅
かであるにすぎないからである。しかしながら、
この材料の欠点はランタンがガーネツト格子中に
ある限られた程度にしか組み入れられるにすぎ
ず、その結果十二面体位置での大きな希土類イオ
ンと小さな希土類イオンとの組み合わせの効果を
任意に使用することが出来ないということにあ
る。 希土類イオンのクラスに属しない非磁性イオン
すなわちビスマスを小さな希土類イオンと組み合
わせて十二面体位置に位置させると、既知材料に
匹敵する移動度を有するが一軸異性が約10倍大き
い材料となり、従つてこの材料は0.8μｍ程度に小
さい直径をもつたバブル磁区を有するバブル磁区
装置に使用して好適であるという驚くべき事実が
確かめられた。 ビスマスと組み合わせる小さな希土類イオンと
してルテチウム、イツテルビウム及びツリウムを
利用してもよい。 十二面体位置に小さな希土類イオン及びビスマ
スイオンの組みあわせをもつた鉄ガーネツトの層
を種々の基板上にエピタキシヤル成長させること
が出来、その場合十二面体位置における大きなイ
オン／小さな占有物の比を適当に選択することに
よつて格子定数のマツチングをとる。成長は一般
にCd₃Ga₅O₁₂（格子定数a₀＝12.38Å）上に行なう
が他の材料例えばEu₃Ga₅O₁₂（a₀＝12.40Å）、
Sm₃Ga₅O₁₂（a₀＝12.43Å）及びNd₃Ga₅O₁₂（a₀＝
12.50Å）又はこれらの混晶を使用してもよい。
結晶学上の（111）面と平行な面が堆積面として
供し得る。 成長誘導異方性を最小となす好適な材料は、Ｍ
をLuと、Tmと、Ybとから選ばれた少なくとも
１つとするとき、｛Bi、Ｙ、Ｍ｝₃Ga_yFe_5-yとし得
る。層中のGa含量を一定とすると、（Lu＋Tm又
はYb）をLuによつて順次に完全に置換していく
と層の異方性定数は溶融物中のLu：Ｙ重量比が
約１：１のとき最大となり、これは鉄ガーネツト
層中のLu：Ｙ比が約１：２の場合と一致し、鉄
の代わりにガリウム以外の元素を使用出来、得ら
れるガーネツト層の磁化を減小させ、そしてこの
材料の一般式は、Ｑを好ましくは十二面体格子位
置を占有する非磁性イオンとし、０＜ｙ＜５と
し、そして（５−ｙ）を十分に大きくして材料が
動作温度で磁気を帯びるようになした場合には、
｛Bi、Ｙ、Ｍ｝₃QyFe_5-yO₁₂である。 ＋３以上の電荷を有するあるイオンで鉄位置に
おいて置換を行なう場合には、電荷補償のために
は電荷補償イオンが十二面体位置に組み入れられ
ることを必要とし、従つて組成｛Bi、Ｙ、Ｍ｝
_33-zJ_zQ_yFe_5-yO₁₂の材料が得られる。ここにおい
てＪは電荷が＋１又は＋２の電荷補償イオンであ
つて好ましくは十二面体位置を占有するものであ
り、Ｑは＋３よりも大きい電荷の非磁性イオンで
あり、Ｏ＜Ｚ＜３かつＯ＜ｙ＜５である。またこ
の場合、材料はこの装置温度で磁気を帯びている
必要がある。 希土類−ガリウムガーネツト基板上に成長させ
るために、本考案によればバブル磁区層の格子定
数と基板の格子定数との間に最小のずれ（≪1.6
×10^-3 _on）を与えるようなバブル磁区層の名目上
の組成を選定し、その結果フイルム中の応力又は
歪を十分に小さな値に維持してクラツクや裂け目
が層に生じないようなすことが出来る。このバブ
ル磁区材料の名目上の組成を表わす式からも明ら
かなように、ビスマス、イツトリウム、ルテチウ
ム、ツリウム及びイツテルビウムが専ら十二面体
位置において代役を務める。しかしながら、この
材料では小さな希土類イオンの微少部分が格子中
の八面体位置において代役を務めており、よつて
飽和磁化及びコラプス磁界の両者の温度依存性を
改良することが出来る。 以下、図面につき本考案を説明する。 名目上の組成物（Bi_zY_xLu_3-x-z）（Fe_5-yGa_y）
O₁₂のフイルムをフラツクスとしてPbO／Bi₂O₃
を使用して溶融物から気相エピタキシヤル法によ
つて成長させて得た。この場合、一方においては
溶融物中のY₂O₃／Lu₂O₃の比を変え及び他方に
おいては溶融物中のY₂O₃／Lu₂O₃を一定として
成長温度を変えることによつて、ｘを０から1.2
に変え及びｚを0.1及び0.7の間で変えた。（溶融
物の温度が低下すると、層中にさらに多くのビス
マスBiが組込まれる。）成長した層の格子定数が
この層が上側に成長される基板の格子定数から
1.6×10^-3 _onよりも相当短い距離だけ異なるよう
な、溶融物中のY₂O₃／Lu₂O₃の組成物及び成長
温度Tgを探し出すことは常に可能である。格子
定数の1.6×10^-3 _onという相違は限界としてみな
し得、その範囲内では良品質の層をクラツクまた
は裂け目が生じないようにして成長させることが
出来る。これらについてGd₃Ga₅O₁₂基板を使用す
る場合につき第１図を参照して説明する。第１図
において、実線で挟まれた区域は基板上に良好な
層をクラツク或いは裂け目を生ずること無く堆積
した条件を示す。上側の実線はどのような状況の
下において層が約＋1.6×10^-3 _on（これら層は引張
られている）のミスマツチをもつて形成されるか
を示し、下側の実線はどのような状況の下におい
て層が約−1.6×10^-3 _on（これら層は圧縮されてい
る）のミスマツチをもつて形成されるかを示して
いる。 これら層は溶融物中に水平方向に浸漬させて
680℃〜970℃の温度で0.5〜５分の間での種々の
期間にわたつて基板上にエピタキシヤル成長させ
た。この場合、基板を100r.p.mで回転させ、その
回転方向を５回転毎に変えた。層の厚さは0.5μｍ
から4μｍのものが得られた。 実施例 １ 名目上の組成物（Bi、Lu）₃（Fe、Ga）₅O₁₂を有
するある層を成長させるために、次のような酸化
物を次の量だけ秤量した。 Bi₂O₃ 133.47ｇ PbO 319.71ｇ Lu₂O₃ 2.35ｇ Ga₂O₃ 4.13ｇ Fe₂O₃ 29.85ｇ これらの混合物を溶融し723℃の温度まで加熱
し、（111）に配向された堆積面をもつた
Gd₃Ga₅O₁₂の基板をこの溶融物中に浸漬させ、こ
の基板上に３分間に2μｍの厚さの層が堆積した。 実施例 ２ 名目上の組成物（Bi、Ｙ、Tm）₃（Fe、
Ga）₅O₁₂を有する層を成長させるために、次のよ
うな酸化物を次の量だけ秤量した。 Bi₂O₃ 133.47ｇ PbO 319.71ｇ Y₂O₃ 1.035ｇ Tm₃O₃ 0.5ｇ Fe₂O₃ 29.85ｇ Ga₂O₃ 2.13ｇ これらの混合物を溶融して855℃の温度まで加
熱した。（111）に配向された堆積面を有する
Gd₃Ga₅O₁₂の基板をこの溶融物中に浸漬し、この
基板上に１分間に1.16μｍの厚さの層が堆積した。 実施例 ３ 名目上の組成物（Bi、Ｙ、Lu）₃（Fe、Ga）₅O₁₂
を有する層を成長させるためには、次の酸化物を
次の量だけ秤量した。 i₂O₃ 133.47ｇ PbO 319.71ｇ Y₂O₃ 1.135ｇ Ga₂O₃ 2.13ｇ Fu₂O₃ 29.85ｇ Lu₂O₃ 1.5ｇ これらの混合物を溶融し828℃の温度まで加熱
した。（111）に配向された堆積面を有する
Gd₃Ga₅O₁₂の基板をこの溶融物中に浸漬させ、こ
の基板上に１分間に1.96μｍの厚さの層が堆積し
た。 実施例 ４ 名目上の組成物（Bi、Ｙ、Lu）₃（Fe、Ga）₅O₁₂
を有する層を成長させるため、次の酸化物を次の
量だけ秤量した。 Bi₂O₃ 133.47ｇ PbO 319.71ｇ Y₂O₃ 1.035ｇ Lu₂O₃ 2.00ｇ Fe₂O₃ 29.85ｇ Ga₂O₃ 4.13ｇ これらの混合物を溶融し810℃の温度にまで加
熱した。（111）に配向された堆積面を有する
Gd₃Ga₅O₁₂の基板を溶融物中に浸漬させせこの基
板上に45秒の間に2.38μｍの厚さの層が堆積した。 実施例 ５ 名目上の組成物（Bi、Ｙ、Lu）₅（Fe、Ga）₅O₁₂
を有する層を成長させるため、次の酸化物を次の
量だけ秤量した。 Bi₂O₃ 133.47ｇ PbO 319.71ｇ Y₂O₃ 1.635ｇ Lu₂O₃ 1.200ｇ Fe₂O₃ 29.85ｇ Ga₂O₃ 4.5ｇ これらの混合物を溶融し766℃の温度にまで加
熱した。（111）に配向された堆積面を有する
Sm₃Ga₅O₁₂の基板（格子定数a₀＝12.432Å）を１
１／２分の間この溶融物中に浸漬させて3.80μｍの厚
さを有する層を形成した。 上述した層の性質は次の通りである。

【表】

【表】 この表で、Ｂは安定なストリツプ磁区の幅、
Kuは一軸異方性定数、△Ｈは10GHzにおける強
磁性共鳴線幅、4πMsは飽和磁化及びμはバブル
磁区の移動度である。 得られた層の一軸異方性定数はねじり磁力計を
用いて決定した。従つて、GGG＝基板上の（Bi、
Ｙ、Lu）₃（Fe、Ga）₅O₁₂のフイルムに対し、5.4×
10⁴erg／cm³までの値を実現出来たが、これら値は
SGG上の同一フイルムに対し約1.5倍大きくする
ことが出来ることが判つた。 新しいタイプのバブル磁区材料は＝強磁性共鳴
線幅及び移動度に関して＝１〜2μｍのバブル磁
区をもつたバブル磁区移動装置に使用して著しく
好適となす性質を備えていた。当業者であれば、
本考案の範囲を逸脱することなく一般の組成物
（Bi、Ｙ、Ｍ）_3-zJ_zQ_yO₁₂を使用したバブル磁区層
の組成をかえることが出来る。従つて、上述した
実施例は単なる説明のための例にすぎず、本考案
は何ら限定するものではない。 本考案による実施例においては、基板１と、磁
区を有効に蓄積しかつ移動させるためのバブル磁
区層２は共通のインターフエース３を有し、各々
の性質及び上述した相互関係によつて特徴付けら
れている。層２のインターフエース３から離れた
側の上面４は磁区の移動を励起させたり磁区を検
出したりするためのある幾つかの通常のエレメン
トを担持している。磁区を記憶したり或いは移動
させたりするための層２は既知のように、デイジ
タル的に種々の論理的な処理を行なう場所とし得
る。例えば、文献「Bell System Technical
Journal XLVI、No.8.1901−1925（1967）」に
“Properties and Device Applications of
Mognetic Domains in Orthoferrites”の表題の
論文に具体的に記載されている。 第２図は通常はより大きな構造を有するバブル
磁区装置の一部分を簡略化して示す図であり、こ
れは磁区を記憶したり移動させたりするための層
２と、磁区の移動を励起したりこれを検出するた
めの種々の通常のエレメントを具えている。第２
図はシフトレジスタ５を表わしているとみなし
得、本考案によれば一軸磁気異方性が大きくかつ
磁区移動度の大きい磁性材料の層２を使用してい
る。層２の磁化容易軸は表面４に垂直である。層
２の一般的な磁化条件をマイナス（−）符号１０
で示し、これは表面４に垂直な方向の磁束のライ
ンを示している。磁区内にありかつ反対方向に向
いている磁束のラインをプラス（＋）符号例え
ば、導体ループ中に＋符号６で示す。 磁区トランスミツタ９に制御される導体１２，
１３及び１４を磁区用の２層の表面４の直ぐ付近
に予め選定した通常の方法で接続又は位置させる
ことが出来る。導体１２，１３及び１４を順次の
３つの組（トリアツド）の導体ループ、例えば、
斯様なトリアツドのうちの最初のトリアツドのル
ープ８，８ａ，８ｂ等に夫々結合する。斯様な多
重ループ配置の行列配列を記憶システムに使用す
ることが出来る。発生した磁区を安定化するため
のバイアス磁界を例えば、基板−バブル磁区層構
体を取り囲んでいる１個又は複数個のコイルを用
いるか或いは永久磁石を用いることによつて、通
常の如く与えることが出来る。 装置の作動期間中、磁区の発生をループ８とほ
ぼ同軸に設けられたループ７と組み合わせられた
通常の磁区発生器２０を用いて行なう。斯して例
えば＋符号６で示した磁区位置に発生した円筒磁
区をループ８の記憶位置からループ８ａ続いてル
ープ８ｂ等の各記憶位置へと導体１２，１３及び
１４等々を順次に励起させることによつて順次に
移動させることが出来る。磁区が移動してループ
８ｎに達すると、この磁区を磁区検出器２１を用
いて検出出来る。このシフトレジスタ５の実施例
に用いられていると同じ既知方法を用いて別のデ
イジタル論理機能を容易に実行することが出来る
こと明らかである。 GGG基板（格子定数a₀＝12.38Å）、SGG基板
（格子定数a₀＝12.43Å）及びNGG基板（a₀＝
12.50Å）上にバブル磁区層を１つの溶融物から
約1μｍの厚さに堆積した。成長温度を変えて
（夫々832℃、742℃及び699℃）、各層の格子パラ
メータをこの層が堆積される基板の格子パラメー
タと出来るだけ適合するようになした。溶融物は
0.9ｇのY₂O₃、1.0ｇのLu₂O₃及び２ｇのGa₂O₃を
含みかつさらに実施例５の組成と同じ組成を有し
ている。この実線より、本考案によつて、著しく
大きな一軸磁気異方定数（６×10⁴erg・cm^-3；
9.12×10⁴erg・cm^-3及び1.4×10⁵erg・cm^-3）をも
つたバブル磁区層と共鳴線幅（夫々40e、40e及び
10e）が狭い特性を示す高い磁壁移動度との組み
合わせが可能となることが判つた。尚、上述の
1.4×10⁵erg・cm^-3の磁界異方性定数を有する材
料は0.5μｍの直径のバブルを支持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はGGG＝基板の格子定数に対するビス
マスを含有するバブル磁区層の格子定数の△ａで
表わすミスマツチが溶融物中の重量比Y₂O₃／
Lu₂O₃及び成長温度に依存する状態を示す曲線
図、第２図はバブル軸装置を示す略線図である。 １……基板、２……バブル磁区層、３……イン
ターフエース、４……表面、５……シフトレジス
タ、６……＋符号、７，８，８ａ，８ｂ……導体
ループ、９……磁区送出器、１０……−符号、１
２〜１４……導体、２０……磁区発生器、２１…
…磁区検出器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 局所的に取り囲まれた磁区を支持出来る鉄ガ
   ーネツトの層２を担持する単結晶非磁性基板１
   １を含み、前記層は前記非磁性基板１上にエピ
   タキシヤル成長されかつ成長によつて実質的に
   誘導される一軸磁気異方性を有しており、前記
   鉄ガーネツトはガーネツト格子の十二面体位置
   に少なくとも大きな占有物及び小さな占有物を
   具えるクラスの鉄ガーネツト材料であるとした
   磁区６を移動させるための装置において、前記
   鉄ガーネツトは前記大きな占有物としてビスマ
   スのみを具え、前記小さな占有物としてルテチ
   ウム・ツリウム及びイツテルビウムからなる群
   から選ばれた１つ又は該群から選ばれた１つと
   イツトリウムを具え、これら大きな占有物と小
   さな占有物は鉄ガーネツト層が0.5〜２ミクロ
   ンの直径を有する磁区を支持し得る十分大きな
   一軸異方性を発生するよう前記十二面体位置に
   占有させてあることを特徴とする磁区移動装
   置。 ２ 前記磁区を安定化するために前記層に磁気バ
   イアスを掛けるための第１手段と、斯様な磁区
   を励起するための第２手段７と、斯様な磁区の
   存在を検出するための第３手段８ｎ，２１と、
   斯様な磁区を移動させるための第４手段８，８
   ａ，８ｂ，９を備えることを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の磁区移動装置。 ３ 前記非磁性基板の材料は第１特性格子パラメ
   ータa₀を有し、さらに磁区を担持する鉄ガーネ
   ツトは第２特性格子パラメータa₁を有し、ここ
   において−1.6×10_on ^-3＜a₀−a₁＜＋1.6×10_on ^-3
   であることを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の磁区移動装置。 ４ REをGd，Eu，Sm及びNdから成る群から選
   ばれた少なくとも１つの元素として前記非磁性
   基板の材料は式RE₃Ga₅O₁₂によつて表わされ、
   1.238〜1.250nm間の格子パラメータa₀を有する
   ものであることを特徴とする実用新案登録請求
   の範囲第３項記載の磁区移動装置。 ５ 前記鉄ガーネツトは、ＭをLuと、Tmと、
   Ybとから選ばれた少なくとも１つとし、かつ
   ＱをGe，Si，AlまたはGaとして、式｛Bi，
   Ｙ，Ｍ｝₃（Fe，Ｑ）₅O₁₂で表わすことができるこ
   とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項
   記載の磁区移動装置。 ６ 前記鉄ガーネツト中のＹ：Ｍの重量比は０と
   2.5：１との間にあることを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第５項記載の磁区移動装置。