KR100912436B1 - 데이터 저장장치 - Google Patents

Abstract

하나 이상의 메모리 소자로 만들어지고, 판독가능한 형태로 디지털 정보를 저장하기 위한 데이터 저장장치가 개시되며, 각 메모리 소자는 연속적인 전파 트랙에 형성된 자벽을 지원 및 전파할 수 있는 평탄 자성 도관을 포함한다. 연속적인 각 트랙은, 회전하는 자장과 같은 적절한 인가 자장의 작용 하에 도관을 따라 전파되는 자벽의 자화방향이 변화되는 적어도 하나 및 바람직하게는 다수의 반전노드를 구비한다.

Description

데이터 저장장치{DATA STORAGE DEVICE}

본 발명은 컴퓨터 파일, 디지털 음악, 디지털 비디오 등과 같은 디지털 정보를 저장하기 위한 데이터 저장장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 데이터를 무한정 회수로 판독 및 기록할 수 있는 데이터 저장장치에 관한 것이다.

최근에는 디지털 데이터 저장 어플리케이션용 미디어의 영역에서 다양한 저장장치를 이용할 수 있게 되었다. 데이터 저장장치는 용량, 억세스 속도, 기록/재기록성, (파워를 갖거나 갖지 않고)시간의 경과에 따라 안정적으로 데이터를 유지할 수 있는 능력, 크기, 견고성, 휴대가능성 등을 포함하는 어느 정도 다양한 동작특성에 적합하도록 설계된다.

주지의 데이터 저장장치는 자기 테이프 저장매체 및 광디스크 저장매체를 포함한다. 이들 모두는 우수한 저장능력 및 비교적 빠른 데이터 억세스의 이점을 제공하고, 모두 데이터의 용이한 기록 및 재기록용으로 적용할 수 있다. 이들 모두는 전자기계 또는 광학 판독기의 형태로 이동하는 부품을 필요로 한다. 이것은 데이터 저장매체 등과 통합되는 장치가 축사(縮寫)될 수 있고 고(高)진동 환경에서는 장치의 사용을 제한하는 정도로 제한할 수 있다. 비록 표면 매체가 데이터 저장매체에 대해 중요한 역할을 하는 각각의 경우라도, 관련된 기구는 어떤 지지 기판의 특성 에 대한 정밀한 제어를 필요로 한다. 따라서, 그러한 장치는 정밀하게 제어되는 구조이어야 한다. 더구나 이들 모두는 장치의 표면에 억세스하기 위한 판독기를 필요로 하는데, 이는 장치에 대한 설계 자유도의 제한을 가져올 수 있다.

본 발명의 목적은 여러 가지 상황에서 범용성, 특히, 예를 들면 축사될 수 있고, 및/또는 스마트 카드, 식별 태그 및 패치 등과 같은 다른 장치에 통합될 수 있고 및/또는 가요성 기판 상에 통합될 수 있고, 및/또는 고진동 환경에서 사용할 수 있으며, 및/또는 간단하고/낮은 제조 코스트를 제공하는 다른 디지털 데이터 저장장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 특별한 목적은 디지털 데이터를 콤팩트하고 효과적으로 저장하며 본 발명에 대해 데이터를 기록할 수 있고 무한정 회수로 판독해 낼 수 있는 데이터 저장장치를 제공하는데 있다.

따라서, 판독가능한 형태로 (컴퓨터 파일, 디지털 음악, 디지털 비디오 등과 같은)디지털 정보를 저장하기 위한 본 발명에 따르는 데이터 저장장치는 하나 이상, 및 특히 다수의 메모리 소자를 포함하고, 각 메모리 소자는 연속적인 전파 트랙에 형성된 자벽(magnetic domain wall)을 지원 및 전파할 수 있는 평탄 자성 도관(planar magnetic conduit)을 포함하고, 연속적인 각 트랙은, 적절한 인가 자장의 작용 하에 도관을 따라 전파되는 자벽의 자화방향이 변화되고 특히 실질적으로 반전되는 하나 이상 및 선택적으로 복수 및 특히 다수의 반전노드를 구비한다.

각 도관은 연속적인 전파 트랙 내에 형성된다. 도관은 그러한 연속적인 전파 트랙을 포함하도록 폐루프로 형성되는 것이 바람직하다. 그러한 루프는 적어도 하나 및 선택적으로 복수 및 특히 다수의 반전 노드를 구비한다. 데이터는 이하에서 설명하는 기구에 따라서 폐루프 둘레를 통과할 수 있다. 실시예에 있어서, 자성 도관은, 예를 들면 노드의 반전 노드의 전체 폐루프를 형성하지 않으며, 오히려 체인의 일단에 데이터 기록기능 및 체인의 타단에 데이터 판독기능을 포함하는 명백한 폐루프, 및 체인의 출력으로부터 체인의 입력까지 전기적으로 데이터를 피드백하는 부가적인 회로 둘레를 여전히 순환할 수 있도록 그의 2개의 단(end) 사이에서 데이터를 전송하는 수단을 구비한 반전 노드의 직선형 체인을 형성한다.

반전 노드는 지향적으로 변화하고 특히 회전하는 자장과 같은 적절한 인가 자장의 작용 하에 그를 가로질러 전파되는 영역의 자화방향, 바람직하게는 이 자화방향과 실질적으로 반전인 자화방향에서의 변화를 가져오도록 적용되는 도관의 구조 및 형상에서의 특징을 포함한다.

그럼에도 불구하고 도관 방향 및 자벽 전파방향은 어떤 점에서 급격한 불연속 없이 변화한다. 따라서, 반전 노드를 포함하는 영역 내의 도관은 전파 방향에서의 어떠한 특정의 급격한 변화 없이 그를 가로질러 전파되는 영역의, 바람직하게는 자화방향과 실질적으로 반전되는 자화방향에서의 변화를 가져올 수 있는 구조적인 특징을 가져야 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 반전 노드는, 이 반전 노드에서 자화방향의 실질적인 반전을 포함한다. 바람직하게, 반전 노드는 초기 경로로부터 멀어지는 방향변화 및 초기 경로로 되돌아가는 후속의 방향변화가 도관에 제공되어, 어떤 직접적인 전파경로도 편위부를 가로지를 수 없도록 하는 부분을 포함한다. 특히, 편위는 초기 경로로부터의 90°편위를 포함한다. 상술한 이유로 인해서, 초기 경로로부터의 편위는 도관 트랙을 따라 전체 길이에 걸쳐서 점진적으로 일어나는 것이 바람직하다.

예들 들면, 반전 노드는 도관 루프 구조, 특히 상호 지향되거나 위상적으로 등가인 그러한 구조 내에 사이클로이드부를 포함한다.

각 루프에는 그러한 다수의 사이클로이드부가 제공되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따르는 장치는 그를 가로질러 통과하는 자벽의 자화방향에 급격한 방향적인 반전을 초래하는 역할을 함으로써 적절한 구동 자계에 의해서 본 발명의 도관을 따라서 전파됨에 따라 자벽의 반전점으로서 역할을 하는 다수의 사이클로이드를 각기 구비하는 폐루프 내에 형성된 다수의 자성 도관을 포함하는 것이 바람직하다.

각 사이클로이드는 도관의 폭보다 3내지 10배 범위인 회전반경을 갖는 것이 바람직하다. 사이클로이드는, 자벽이 그를 통과함에 따라 자화방향이, 예를 들면 실질적으로 180°반전하는 실질적인 변화를 만들 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라서, 자성 도관은 제어 자계의 작용 하에 자벽을 지원 및 전파할 수 있는 구성을 가질 필요가 있다. 특히, 자기도관은 자성물질의 연속적인 트랙으로 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르는 장치 내의 루프는 적절한 기판 상에 자성선(magnetic wire), 특히, 개략적으로 평탄한 자성선을 포함하는 것이 바람직하다.

그러므로, 데이터 저장장치는 사이클로이드의 폐루프 내에 적절히 형성되는 다수의 평탄 자성 도관 및 특히 자성선을 이용한다. 특히, 본 발명은 마그네틱 나노스케일 기술을 이용하며, 저장장치는 사이클로이드의 다수의 폐루프에 형성된 다수의 평탄 마그네틱 나노와이어를 포함한다.

평탄 마그네틱 나노와이어는 1㎛이하의 폭으로, 적절한 기판 상에 형성되는 것이 바람직하다. 폭은 좁은 나노스케일 와이어를 이용하는 장치의 개량된 저장성과 제조 코스트 및 복잡성 사이에서의 교환조건(trade off)이다. 그러나, 1㎛이상의 와이어를 구현하는 장치는 효과적일 것이며, 50㎚는 현재의 와이어 형성기술에 대한 코스트-효율 실용성의 실질적인 하한일 것이다. 이것은 기술적인 효과의 한계는 아니며, 개량된 제조기술을 통해 본 발명의 실시를 이용하여 보다 축사된 장치를 만들 수 있음을 주목해야 한다.

와이어는 자성물질의 박막 형태로 기판 상에 배치된다. 와이어의 두께는 장치의 성능을 최적화하기 위해 최적화되며, 대체로 폭과 관련이 있다. 특히, 와이어의 두께는 와이어 폭의 대략 1/40 정도이다. 와이어의 두께는 대체로 2㎚보다 작으며, 바람직하게는 3㎚미만이다. 와이어는 실제로 두께가 25㎚를 넘는다.

와이어는 광 리소그래피, X선 리소그래피, 미세접촉 인쇄(micro-contact priting), e빔 리소그래피, 섀도우 마스크, 또는 다른 적절한 방법에 의해서 제조될 수 있다. 와이어는 퍼멀로이(Ni₈₀Fe₂₀)나 CoFe 또는 다른 연한 자성물질과 같은 자성물질로 제조된다.

상술한 바와 같이, 반전 노드를 구현하는 데이터 저장장치는 이하에서 상세하게 설명하는 작동방식으로 특히 회전하는 자장에서 적절한 지향적인 변화의 적용을 받게 된다. 이것은 반전 노드에 메모리 기능을 제공한다. 하나 이상의 반전 노드를 각기 구현하는 복수의 루프 어레이의 제공에 의해서 본 발명에 따르는 장치는 고리형상으로 연속해서 데이터를 저장하는 것이 가능하다.

데이터는 본 발명에 따르는 장치에 기록되고 무한정 회수로 판독해 낼 수 있다. 자기 테이프 저장매체나 자기 하드디스크 저장매체와는 달리, 본 발명은 어떤 이동부품도 필요로 하지 않는다. 따라서, 쉽게 축사되며 고진동 환경에서도 사용이 가능하다. 본 발명의 원리는 매우 간단하며 제조 코스트도 낮게 유지할 수 있다. 또한, 사용시에 본 발명의 메모리에 데이터를 유지하는데 아무런 파워도 필요로 하지 않는다.

본 발명은 평탄형 자성선과 같은 다수의 자성 도관을 사용한다. 평탄 와이어는 미세전자 메모리와는 달리 어떤 기판 상에 형성된다. 이 기판은 장치의 전자적 또는 자기적인 동작에 있어서 아무런 역할도 하지 않으며, 실질적으로 기계적인 지지만을 제공하게 된다. 통상적인 실리콘 기판을 여전히 사용할 수 있으나, 기판으로부터 아무런 기능을 필요로 하지 않으므로, 유리나 플라스틱과 같은 실리콘 이외의 물질도 사용할 수 있다. 예로서는 캅톤(Kapton), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 마일라(Mylar) 형태의 물질, 아세테이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등과 같은 폴리이미드가 있다. 플라스틱 기판은 낮은 코스트 및 제조의 용이성 같은 이점을 가지며, 본 발명을 스마트 카드나 의복 등의 플라스틱 카드에 구현하기에 적합하게 하는 기구적인 유연성 같은 잠재성을 제공한다.

본 발명의 표면에는 콤팩트 디스크, 자기 테이프 및 자기 하드디스크 저장매체에서 필요로 하는, 기구적인 억세스를 필요로 하지 않기 때문에, 다수의 기판이 서로의 상부에 적층되어 3차원 메모리 입방체를 형성할 수 있다.

본 발명의 면적 저장밀도는 자기 테이프보다는 높지만 자기 하드디스크보다는 낮게 조절된다. 데이터를 판독 및 기록하는 속도는 필요한 경우 매우 높일 수 있고, 하드디스크의 속도보다도 높게 할 수 있다. 그러나, 본 발명은 고리형상으로 연속적으로 데이터를 저장하고, 주어진 데이터 블록에 대한 억세스 시간은 상대적으로 느릴 것이며, 본 발명은 컴퓨터의 주 하드디스크 드라이브에 대한 직접적인 교체품으로서 한정하여 적용할 수 있다.

국제특허출원 PCT/GB01/05072는 디지털 논리회로가 어떻게 자성물질의 모노미터 스케일 도트의 체인, 또는 모노미터 스케일 평탄 자성선으로 구성될 수 있는지를 설명하는 것으로, 위에서 언급한 카우번 및 웰랜드(Cowburn and Welland) 페이퍼의 원리의 일부를 제공하고 개발하였다. 특히, 본 출원서의 도 1에 도시된 자기 NOT 게이트가 기술되어 있다.

도 1에서, 화살표는 게이트를 형성하는 자성물질의 좁은 스트립 내에서의 자화방향을 나타낸다. 게이터의 중앙 구조는 좌측으로부터 오는 자화의 방향을 전환시킨다.

사용시에 게이트는 자장에 놓이고, 벡터는 시간에 따라서 장치의 평면에서 회전한다. 본 발명의 장치가 어떤 작동이론에 의해서 한정되지는 않으나, 자기형상 의 이방성으로 인해서, 와이어 내에서의 자화는 대체로 와이어의 장축을 따라서 놓이도록 제한되는 것을 주목할 수 있다. 이것은 2개의 가능한 자화방향이 존재하고, 본래의 2진법 표시가 존재하는 것을 의미한다. 자화방향에서의 변화는 인가 자장에 의해서 와이어를 따라 쓸리는 자벽에 의해서 전달된다. 인가 자장이 회전한다는 사실은 자벽이 코너 근처로 운반될 수 있음을 의미한다.

본 발명에 따라서, 상술한 바와 유사한 NOT 게이트는 적절한 방법에 의해서 제조된다. 이상적으로 본 발명의 목적을 위해, 게이트의 형상은 사이클로이드 형상을 갖도록 도 1에 도시한 것을 약간 변형하였다. 게이트의 출력은 폐루프를 형성하도록 평탄 자성선과 같은 적절한 자성 도관을 이용하여 그의 입력에 다시 접속된다. 그러한 루프의 어레이는 이 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 장치를 형성하며, 자기 NOT 게이트의 체인을 형성하도록 일렬로 접속된 사이클로이드의 큰 폐루프 내에 형성된 평탄 자성 모노와이어를 포함한다. 각 체인 내의 마지막 NOT 게이트의 출력은 평탄 자성선에 의해서 제 1NOT 게이트의 입력으로 피드백되어 주위를 순환하는 데이터 시퀀스용 폐루프를 형성한다.

사이클로이드는 그들이 이하에서 보다 상세하게 설명하는 상술한 방식으로 적절한 회전 구동 자계의 작용 하에 나노와이어를 통해서 전파됨에 따라 자벽에 대한 반전 노드로서의 역할을 한다. 회전 인가 자계의 기간의 2분의 1과 동일한 시간지연 후에 반전된 출력만이 나타나며, 이것은 각 반전 노드가 1비트의 메모리 셀이나 플립 플롭으로 보이도록 한다. 따라서, 사이클로이드의 루프는 직렬 원형 시프트 레지스터와 동일한 메모리 기능을 가지며, 본 발명에 따르는 데이터 저장장치로 서의 기능을 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 바와 같은 하나 이상의 장치요소를 포함하고 제어된 시간 변화형 구동 자장을 제공하기 위한 자장 드라이버를 추가로 포함하는 데이터 저장시스템이 제공된다. 자장 드라이버는 구동 자계가 소정의 루프 내의 모든 루프에 대해 동시에 제공될 수 있고, 시스템 내의 모든 루프에 대해 동시에 제공될 수 있도록 설정하는 것이 바람직하다. 이것은 작동시에 본 시스템의 특이한 특징을 제공한다. 자장은 통상적인 자기 데이터 저장매체의 경우에서와 같이 기록 헤드 아래의 일부만이 아니라, 모든 데이터 비트가 함께 진행되도록 한꺼번에 전체 루프에 대해 공급된다.

어떤 적절한 자계를 고려할 수 있다. 바람직하게, 자장 드라이버는 적절히 교차되고, 보다 바람직하게는 시계방향 또는 반시계방향으로 끌리는 자계를 형성하면서 소정의 시퀀스 내에서 2개의 직교 자계로 구성되는 제어된 자장을 제공한다. 그러한 시스템의 사용으로, 데이터는 본 발명의 제 1측면에 따르는 저장장치(들)에 저장될 수 있다.

시스템은 메모리 저장매체 및 검색 시스템에서 데이터 저장장치의 사용이 가능하도록 적절한 전기 및/또는 데이터 입력 및/또는 출력을 추가로 구비할 수 있다.

도 1은 (위에서 본) 종래의 자기 NOT 게이트의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따르는 데이터 저장장치로서 사용하기 위해 변경한 자기 NOT 게이트를 보이는 도면이다.

도 3은 도 2의 NOT 게이트의 구조(부분 A) 및 회전 자장 H의 작용하에 점 P에서 유입되는 자벽 상에서의 그의 효과를 보이는 개략도이다.

도 4는 부분 A에 5비트 직렬 시프트 레지스터를 형성하기 위해 고리형상으로 연결된 3개의 자기 NOT 게이트를 나타내고, 부분 B는 회전 자장의 적용(부분 A의 별표는 부분 B에 도시된 측정이 행해지는 루프 내의 점을 나타냄)에 의해서 어떻게 간단한(궤적 Ⅰ) 및 복합한(궤적 Ⅱ) 비트 시퀀스가 고리 주위를 강제로 순환할 수 있는지를 보이는 도면이다.

도 5는 부분 A에 13비트 직렬 시프트 레지스터를 형성하기 위해 고리형상으로 연결된 7개의 자기 NOT 게이트를 나타내고, 부분 B는 회전 자장의 작용(부분 A의 별표는 부분 B에 도시된 측정이 행해지는 루프 내의 점을 나타냄)하에 간단한 13비트 시퀀스가 고리 주위를 순환하는 것을 보이는 도면이다.

도 6은 본 발명의 데이터 기록 및 판독 기구의 개략도이다.

도 7은 전자 멀티플렉서 및 디멀티플렉서에 의해서 개별적으로 어드레스된, 동일 기판 상의 다수의 자기루프를 보이는 개략도이다.

도 8은 3차원 메모리 입방체를 형성하기 위해 다수의 데이터 루프를 각각 함유하는 다수의 기판의 적층을 보이는 개략도이다.

이하, 본 발명의 원리에 따르는 자기 데이터 자장장치의 동작 예에 대해서 도 2 내지 8을 참조하여 설명한다.

도 2는 도 1과 유사한 NOT 게이트를 보이지만, 사이클로이드 형상을 갖기 위해 본 발명을 위해 최적화되도록 적용된 도면이다. 이 게이트는 퍼멀로이(Ni₈₀Fe₂₀)막의 집중 이온빔 밀링(focused ion beam milling)에 의해서 실리콘 기판 상에 5㎚ 두께로 제조된다. 밝은 흰색 그림자만 자성물질이고, 다른 대조부분은 게이트의 제조 동안에 사용한 다단계 밀링 공정으로 인한 것이다. 도 2a는 폐루프를 형성하기 위해 평탄 자성선을 사용하여 그의 출력이 그의 입력에 다시 연결된 게이트를 나타낸다. 도 2b는 게이트 구조의 확대사진으로, 사이클로이드 형상을 갖는다. 회전 인가 자장에 따른 점 Ⅰ과 Ⅱ에서의 광자기 측정이 도 2c에 도시되어 있다. 여기에는 회전 인가 자장 주기의 2분의 1과 동일한 상을 변화시키는 입력(궤적 Ⅰ)과 상을 변화시키는 출력(궤적 Ⅱ) 간의 반(半)주기 지연이 존재하며, 이것은 메모리 기능에 해당한다.

도 3은 사이클로이드의 반전 작용 및 특히 이러한 딜레이의 기원을 설명하는 도면이다.

낮은 자장의 조건 하에 초미세 강자성 평탄 와이어 내의 자장 방향은, 강한 자기형상 이방성으로 인해 와이어의 장축을 따라 놓여지는 경향이 있다. 대향으로 보내지는 2개의 자장이 와이어 내에서 만나면, 연속적인 원자의 자장운동의 재정렬은 급격하지는 않으나 어떤 길이에 걸쳐서 점진적으로 분포되면서 자벽을 형성한다.

이제, 자벽은 와이어와 평행한 자장의 적용에 의해서 곧은 초미세 자성선을 따라서 전파할 수 있다. 본 발명의 사용에 있어서, 간단한 평면에서 시간에 따라 회전하는 벡터가 제공되는 자장은, 방향이 변하고 코너에서 회전하는 자성선을 따라 자벽을 전파하는데 사용할 수 있다. 시계방향 또는 반시계방향의 회전은 자장 키랄성(chirality)을 규정한다. 자벽은 자계와 코너에 동일 키랄성을 제공하는 자성선 코너 주위로 전파되어야 한다. 그러나, 코너의 키랄성은 자벽의 방향에 따라 좌우되므로, 주어진 키랄의 회전 자장 내에서, 자벽은 단지 일방향으로 주어진 코너만 통과할 수 있을 것이다. 이것은 한정된 신호 흐름방향이 존재해야 하는 어떤 논리 시스템의 중요한 요구를 만족시킨다. 초미세 자성선 내의 안정된 2개의 자장방향은 불 논리상태(Boolean logic state)를 나타내는 본래의 수단을 제공하며, 이것은 회전 자장의 적용과 함께, 메모리 소자의 각 논리유닛의 동작에 대한 기초가 된다.

도 3에 도시한 사이클로이드는 반전 기능을 제공하며, 적절한 회전 자장 내에서는 NOT 기능을 보인다. 자장이 반시계방향으로 회전하는 것으로 가정한다. 접합점의 단말 'P'(도 3B)에 도달한 자벽은, 인가 자계가 수평방향으로부터 수직 방향으로 회전함에 따라서 단말'Q'를 통해 접합부(도 3C)의 제 1코너 주위로 전파될 것이다. 이제 'P'와 'Q'간의 자화는 연속적으로 된다(도 3D). 다음에, 자장 벡터가 반대 수평방향 쪽으로의 회전을 계속함에 따라서, 자벽은 접합부의 제 2코너 주위로 전파될 것이며, 단말'R'을 빠져나와 'Q'와 'R' 간의 연속적인 자화를 복원한다. 이제, 접합 직후의 와이어의 자화는 접합 직후의 그것과 비교하여 반전되어야 한다. 그러므로, 이 접합은 반(半)자계 주기 전파 딜레이로 원하는 NOT 기능을 실행 한다. 이 동작은 3점 회전의 실행에 의해서 그의 방향을 반전시키는 카(car)에 대해서 아날로그적이다.

따라서, 입력에 도달하는 자벽과 출력을 떠나는 자벽 간의 반-주기 총지연이 존재한다. 본 발명에 있어서, 우리들은 이 동기 지연이 다수의 자기 NOT 게이트를 직렬로 함께 연결한 다음, 체인의 출력을 입력에 다시 연결함으로써 이용할 수 있는 관련 메모리 기능을 갖는 것으로 생각한다.

도 4는 3개의 NOT 게이트가 체인으로 연결되고, 체인의 출력이 평탄 자성선에 의해서 체인의 입력에 다시 연결되는 본 발명의 축소된 변형을 나타낸다. 우리들은 자장의 특수한 적용을 통해서 장치 내에 2개의 상이한 데이터 비트 시퀀스 프로그램을 넣은 다음에, 시작하여 회전 자장의 개시에 의해서 루프 주위로 데이터가 순환되도록 하였다.

도 4b의 궤적 Ⅰ은 체인 둘레로 순환하는 간단한 비트 시퀀스를 나타내며, 패턴은 회전 자계의 매 5주기마다 반복된다. 도 4b의 궤적 Ⅱ은 회전 자계의 5주기 기간을 가지며, 루프 주위를 순환하는 보다 복잡한 시퀀스를 나타낸다. 이 장치는 5비트 직렬 시프트 레지스터로서 효과적으로 작용한다. 데이터 비트 시퀀스는 회전 자계의 각 완성 주기에서 우측으로 1스텝 이동한다. 이들 데이터는 반시계방향 회전 자계를 이용하여 얻어졌으며, 데이터는 반시계방향으로 자성고리 둘레를 순환하였다. 우리들은 자계의 시계방향으로의 회전의 반전으로 인해서 데이터의 방향이 상반되어 시계방향으로의 자성고리 둘레에서의 순환이 시작되는 것을 발견하였다.

도 5는 11 NOT 게이트를 이용하는 본 발명의 테스트를 나타낸다. 도 5b는 회 전 자계의 13주기의 반복기간으로 루프 주위를 순환하는 간단한 비트의 시퀀스를 보인다.

데이터는 평탄 자성선의 상부나 하부를 통과하는 전류공급 리소프래픽 와이어에 의해서 각 루프 내에 기록된다. 데이터는 와이어의 하나의 코너에 존재하는 자벽의 전기저항을 측정하거나 NOT 게이트의 하나에 존재하는 자벽의 전기저항의 측정을 통해서 루프의 일부에 부착된 자기 터널 결합의 사용에 의해 각 루프로부터 판독된다.

도 6은 이들 데이터의 입/출력 방법의 예들을 나타낸다. 데이터는 고리의 위나 아래를 통과하는 전류공급 전기 리소그래픽 와이어(61)에 의해서 루프 내에 기록된다. 데이터는 화살표 A의 방향으로 루프 둘레를 순환한다. 데이터는 루프(상부 패널)의 한점에서 2개의 전기 접점(62) 간의 자기 터널 결합의 형성에 의해서, 또는 고리(하부 패널)의 작은 부분에 내포된 어떤 자벽의 저항을 측정하기 위한 2개의 전기 접점(63)의 제공에 의해서 루프로부터 판독된다.

본 발명의 변형에 있어서(도면에 도시 생략), 자기 도관 자체는 반전 노드의 폐루프를 형성하지 않으며, 오히려 체인의 일단에서 데이터의 기록을 용이하게 하고 체인의 타단에서 데이터의 판독을 용이하게 하는 반전 노드의 직선형 체인을 형성한다. 이 경우에 있어서, 명백한 폐루프 둘레로 데이터가 여전히 순환할 수 있도록 하기 위해 체인의 출력으로부터 체인의 입력까지 전기적으로 데이터를 피드백시키기 위한 외부 제어회로를 필요로 한다.

데이터 루프는 자장 내에 놓여지고, 벡터는 1㎐ 내지 200㎒ 범위의 주파수로 시간에 따라 루프의 평면에서 회전한다. 자장은 자계의 회전에 따라 일정하며, 자장 벡터에 대한 원형궤도를 형성할 수 있으며, 또는 이것이 변화되어 자장 벡터에 대한 타원궤도를 형성할 수 있다. 이것은 루프 아래에 전자기 스트립선을 배치한 다음에 이 스트립선을 통해 교류를 통과시킴으로써, 좁은 영역의 장치에서 달성될 수 있다. 보다 넓은 영역의 장치에 있어서, 루프를 갖는 기판은 4극 전자석 내에 배치된다.

자계의 세기는 자벽이 각 NOT 게이트를 통해 모든 방향으로 확실히 가압될 수 있도록 하기에 충분히 강해야 하지만, 너무 세면 새로운 자벽이 데이터 입력 기구에 독립적으로 핵모양으로 응집될 수 있다.

각 NOT 게이트를 통해서 자벽을 가압하는데 필요한 자계는 루프의 두께, 루프의 폭 및 루프를 만드는데 사용한 자성물질의 변화를 통해서 조절할 수 있다. 이 자계는 장치가 공전하는 주위 자장으로부터 상쇄되지 않도록 충분히 커야 한다. 공전하는 자계의 상쇄가 문제라면, 본 발명은 뮤메탈(MuMetal)을 사용하여 차폐하 수 있다. 최적화된 장치는 50 내지 200 Oe의 범위로 가해진 자계 세기를 사용하게 된다.

본 발명은 도 7에 도시한 바와 같이, 정확한 루프를 어드레스하는데 사용되는 전기 멀티플렉서 및 디멀티플렉서를 갖는 다수의 루프 데이터를 단일 기판 상에 구비할 수 있다. 데이터 기록 드리이버 및 멀티플렉서(71)와 데이터 판독 디멀티플렉서 및 증폭기(72) 간에 다수의 루프가 도시되어 있다.

각 루프 내의 다수의 루프와 다수의 NOT 게이트 간의 광 밸런스는, 주어진 어플리케이션에 대해 발견될 것이다. 다수의 NOT 게이트를 포함하는 소수의 루프는 각각 패키지로 통합하기가 매우 용이하며 저렴하지만, 하나의 NOT 게이트가 제조 결점을 통해서 고장난다면, 장치 전체에 고장을 일으킬 수 있다. 그러한 조합 역시, 긴 데이터 억세스 시간을 갖게 될 것이며, 판독 위치의 둘레를 순환하는 주어진 데이터 블록에 대한 다수의 클록 주기가 평균이 될 때까지 기다려야 한다. 소수의 NOT 게이트를 포함하는 다수의 루프는 각각 개별 NOT 게이트의 고장을 잘 견뎌내고(고장난 게이트를 포함하는 루프는 전체 저장용량의 큰 감소없이 회로로부터 취출해 낼 수 있다), 빠른 억세스 시간을 갖게 되지만, 보다 많은 판독 및 기록점(그로 인해 보다 높은 코스트)을 수반하게 되며, 다수의 루프를 하나의 통합 회로 패키지에 통합하므로 더욱 복잡하게 된다. 이 명세서의 모든 도면에는 8게이트의 루프가 도시된다. 이것은 단지 도시의 목적을 위한 것으로, 실제로 각 루프는 수천 게이트를 포함할 것이다.

본 발명의 특정한 도면에 있어서, 데이터 루프는 2차원 평면에 배치되나 이것으로 한정되지는 않는다. 콤팩트 디스크, 자기 테이프, 자기 하드디스크 저장매체와는 달리, 본 발명의 표면에는 아무런 기구적인 억세스를 필요로 하지 않는다. 기판은 도 8에 도시한 바와 같이, 3차원 데이터 입방체를 형성하기 위해 서로의 상부에 놓여질 수 있다. 이것은 보다 높은 데이터 저장밀도를 달성할 수 있는 이점을 갖는다. 필요하다면, 입방체 내의 모든 기판은 동일하게 가해진 회전 자장을 공유함으로써, 서로 동기화된 층을 유지하고 장치의 복잡성을 줄일 수 있다.

본 발명은 데이터의 단일 직렬 스트림을 입/출력하도록 구성할 수 있고, 필 요한 경우에는 평행한 몇 개의 고리나 층을 이용하여 다중 비트 폭의 데이터 워드의 스트림을 저장할 수도 있다.

느린 억세스 시간으로 인해, 본 발명은 컴퓨터의 주 하드디스크에 대한 대체품으로서는 적합하지 않을 수 있다. 그러나, 다음 상황의 일부 뿐만 아니라 기타의 상황에서의 적용을 발견할 수 있다.

- MP3플레이어와 같은 포켓 디지털 오디오 플레이어용 디지털 음악의 임시 저장매체. 이 어플리케이션은 대체로 연속으로 재생되는 디지털 정보의 낮는 코스트의 비활성, 재기록가능한 저장매체를 필요로 한다. 200㎚-와이드 평탄 와이어를 사용하여, NOT 게이트는 1㎛²의 영역을 차지하게 된다. 데이터 체인으로 피복된 1㎠의 단일 층은 따라서 12메가바이트의 직렬 데이터 저장매체를 제공하며, 이것은 CD-품질 음악의 12분 시간 동안 충분하다. 층의 적층으로 매우 낮은 코스트로 몇 시간 동안의 CD-품질 오디오를 제공하게 된다.

- 디지털 카메라의 디지털 사진의 임시 저장매체. 이 기능은 현재 플래시(FLASH) 전자 메모리에 의해서 달성되는데, 이것은 고가이며 제한된 회수의 재기록 주기를 갖는다.

- 휴대전화, 개인용 관리수첩, 팜 탑 컴퓨터 및 스마트(SMART) 카드용 비활성 오프라인 저장매체.

Claims (15)

1. 하나 이상의 메모리 소자를 포함하고, 각 메모리 소자는 연속적인 전파 트랙에 형성된 자벽(magnetic domain wall)을 지원 및 전파할 수 있는 평탄 자성 도관을 포함하고, 연속적인 각 트랙은, 인가 자장의 작용 하에 도관을 따라 전파되는 자벽의 자화방향이 변화되는 하나 이상의 반전노드를 구비하고, 각 반전 노드는 초기 경로로부터 멀어지는 방향변화 및 초기 경로로 되돌아가는 후속의 방향변화가 도관에 제공되어, 어떤 직접적인 전파경로도 편위부를 가로지를 수 없도록 하는 부분을 포함하는, 판독가능한 형태로 디지털 정보를 저장하기 위한 데이터 저장장치.
2. 제 1항에 있어서, 연속적인 각 트랙은, 인가 자계의 작용 하에 도관을 따라 전파되는 자벽의 자화방향이 실질적으로 반전되는 하나 이상의 반전 노드를 구비하는 데이터 저장장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 연속적인 각 트랙은 다수의 반전 노드를 구비하는 데이터 저장장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 도관은 연속적인 전파 트랙을 포함하도록 폐루프 내에 형성되는 데이터 저장장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 도관은 전체 폐루프를 형성하는 것이 아니라 반전 노드의 체인을 형성하고, 그의 2개의 단 사이에서 데이터를 전송하기 위한 수단이 제공되어 데이터는 여전히 명백히 폐루프 주위를 순환할 수 있고, 상기 수단은 체인의 일단에 데이터 기록기능 및 체인의 타단에 데이터 판독기능을 포함하며, 데이터를 체인의 출력으로부터 체인의 입력으로 전기적으로 피드백하기 위한 부가적인 회로가 제공되는 데이터 저장장치.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 편위는 초기 경로로부터의 90°편위를 포함하는 데이터 저장장치.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 초기 경로로부터의 편위는 도관 트랙을 따르는 거리에 걸쳐서 점진적으로 발생하는 데이터 저장장치.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 반전 노드는 도관 루프 구조나 위상적으로 등가인 그러한 구조 내에 사이클로이드부를 포함하는 데이터 저장장치.
9. 제 8항에 있어서, 각 루프에 제공되는 그러한 다수의 사이클로이드부를 포함하는 데이터 저장장치.
10. 제 9항에 있어서, 그를 가로질러 통과하는 자벽의 자화방향에 방향적인 반전을 초래하는 역할을 하는 다수의 사이클로이드를 각기 구비하는 폐루프 내에 형성된 다수의 자성 도관을 포함하는 데이터 저장장치.
11. 제 8항에 있어서, 각 사이클로이드는 도관의 폭보다 3내지 10배 범위의 회전반경을 갖는 데이터 저장장치.
12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 자성 도관은 기판 상에 평탄한 자성선을 포함하는 데이터 저장장치.
13. 제 12항에 있어서, 자성선은 2㎚ 내지 25㎚의 두께 및 50㎚ 내지 1㎛의 폭을 갖는 자기 나노와이어를 포함하는 데이터 저장장치.
14. 삭제
15. 삭제

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