DE2248759C3 - Magnetische Speicher-Vorrichtung mit Domänen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Speichervorrichtung mit mindestens einer dünnen Schicht aus einem magnetisierbaren Material, das eine magnetische Vorzugsrichtung aufweist, die zu der Oberfläche der Schicht nahezu senkrecht ist, welche Vorrichtung ferner Mittel enthält, um in dieser Schicht magnetische Domänen zu erzeugen, aufrechtzuerhalten und gegebenenfalls zu zerstören.

Die Orthoferrite von seltenen Erden und von Yttrium und gewisse Ferrite mit Granatstruktur sind Beispiele von für diesen Zweck brauchbaren Materalien. Als Mittel zum Erzeugen, Aufrechterhalten und gegebenenfalls Zerstören der magnetischen Domänen in aus den erwähnten Materialien bestehenden Platten wird ein äußeres Magnetfeld Ho angewandt, dessen Richtung wenigstens im wesentlichen mit der erwähnten magnetischen Vorzugsrichtung der Platte zusammenfällt. Die magnetischen Domänen sind z. B. kreiszylindrisch gestaltet und können nur bei äußeren Magnetfeldern bestimmter Größe Ho mit einer innerhalb bestimmter Grenzen variierenden Stärke in einer stabilen Form bestehen. Diese Grenzwerte für das Feld sind unter anderem von der Dicke der Platte, in der die Domänen auftreten, und von der chemischen Zusammensetzung derselben abhängig. Wenn die Magnetisierungsrichtung innerhalb der Domänen der Richtung von H· entgegengesetzt ist und Ho innerhalb der erwähnten Grenzen geändert wird, werden die Domänen bei einem zunehmenden Wert Wo kleiner und bei abnehmendem Wert von Wo größer. Auch können die Domänen ring- oder streifenförmig gestaltet sein.

Es wurden viele Vorschläge zur Benutzung dieser Domänen gemacht. Dabei ist es in vielen Fällen von 6s wesentlicher Bedeutung, daß eine Domäne zu einem bestimmten Zeitpunkt eine feste Lage in der Schicht einnimmt und dann unter der Einwirkung bestimmter Treibkräfte zu einer anderen festen Lage transportier! wird. Diese Treibkräfte werden z. B. mit Hilfe auf der Schicht angebrachter Domänenleitungsstrukturen hervorgerufen. In einem anderen Fall werden die Kräfte durch die abstoßenden Kräfte der Wände der Platte herbeigeführt. Es hat sich herausgestellt, daß für den Transport ein bestimmter Wert der Treibkraft überschritten werden muß. Es gibt Fälle, in denen dieser Mindestwert nicht erzielt werden kann. Außerdem wird in anderen Fällen das Vorhandensein dieses Mindestwertes zum Betreiben der magnetischen Vorrichtung als ungünstig betrachtet. Wenn dieser Mindestwert gleich Null wäre, könnte entweder eine größere Bewegungsgeschwindigkeit der Domänen erzielt werden oder würde eine geringere Treibkraft genügen.

Die Erfindung begegnet diesem Nachteil, indem sie die Anwendung einer geringeren Treibkraft ermöglicht. Nach der Erfindung sind Mitte! vorgesehen, um ein zusätzliches magnetisches Wechselfeld nahezu senkrecht zu azr Ebene der dünnen Schicht mit einer die Frequenz einer für den Transport einer Domäne vorhandenen Treibkraft überschreitenden Frequenz zu erzeugen.

Unter der Einwirkung des magnetischen Wechselfeldes ergibt sich eine Herabsetzung des Mindestwertes der Treibkraft, die benötigt wird, bevor ein Transport der Domäne auftritt. Dieser Mindestwert kann sogar auf Nu¹I herabgesetzt werden. Unter Umständen ergibt sich in dem letzteren Fall außerdem noch der Vorteil, daß die Verschiebung der Domäne von der Größe der Treibkraft linear abhängig ist.

Die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes überschreitet die Frequenz einer für den Transport einer Domäne bereits, vorhandenen Treibkraft. Die letztgenannte Frequenz kann in gewissen Fällen Null sein, so daß dann jede Frequenz des zusätzlichen magnetischen Wechselfeldes den beabsichtigten Effekt ergibt.

Das Vorhandensein eines magnetischen Wechselfeldes genügender Größe hat bei nichthomogenen Materialien zur Folge, daß, soweit es die Treibkräfte und die Verschiebung der Domänen anbelangt, sich das Material wie ein homogenes Material verhält. In einem nichthomogenen Material ist der erforderliche Mindestwert der Treibkraft nicht an allen Stellen gleich, und das magnetische Wechselfeld soll nun derart groß sein, daß dieser Mindestwert an allen Stellen gleich Null gemacht wird. Dies bedeutet, daß beim Fehlen des Treibfeldes die Größe der Domänen unter der Einwirkung des zusätzlichen magnetischen Wechselfeldes an jeder Stelle in der Vorrichtung geändert wird. Insbesondere ist daher nach einer bestimmten Ausbildung der Erfindung die Amplitude des zusätzlichen magnetischen Wechselfeldes derart groß, daß unter dessen Einwirkung beim Fehlen der Triebkraft sich die Größe der magnetischen Domänen nahezu an allen Stellen in der Vorrichtung ändert.

Das Vorhandensein eines magnetischen Wechselfeldes kann außerdem zu einer Herabsetzung der durch das magnetisierbare Material herbeigeführten Domänenwanddämpfung führen. Ein Beispiel ist die Beseitigung einer durch Diffusion induzierten Domänenwanddämpfung. Insbesondere ist daher nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Frequenz des zusätzlichen magnetischen Wechselfeldes derart hoch, daß die durch Diffusion induzierte Domänenwanddämpfung herabgesetzt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine magnetische Vorrichtung mil einer bestimmten Domänenverschiebungsstruktur,

F i g. 2 eine magnetische Vorrichtung mit einer anderen Verschiebungsstruktur,

F i g. 3a und 3b eine magnetische Vorrichtung mit einer nicht erfindungsgemäßen bzw. einer erfindungsgemäßen Verschiebung einer Domäne,

F i g. 4 eine magnetische Vorrichtung einer besonderen Form und

F i g. 5 eine magnetische Vorrichtung mit noch einer anderen Domänenverschiebungsstruktui.

In F i g. 1 ist ein Teil einer Platte 1 aus magnetisierbarem Material dargestellt, auf dem eine bekannte T-Stab-Struktur 2 aus Permalloy vorhanden ist, längs derer mit Hilfe eines sich in der Ebene der Platte 1 drehenden Magnetfeldes eine magnetische Domäne 3, und zwar stets längs mit 4, 5, 6, 7. 4, 5,... bezeichneter Pole, verschiebbar ist Die Frequenz des sich drehenden Magnetfeldes beträgt f. Um die Domänen schneller zu transportieren, ist eine höhere Frequenz erforderlich. Diese ist jedoch an einen Höchsiwert gebunden, der unter anderem durch die Beweglichkeit der Domänenwände bestimmt wird. Senkrecht zu der Platte 1 ist nun außerdem noch ein magnetisches Wechselfeld mit einer Frequenz größer als /angelegt. Infolgedessen wird die höchst erreichbare Frequenz des Treibfeldes, bei der bei gleichbleibender Amplitude des sich drehenden Feldes ein Transport der Domänen erfolgt, größer, so daß es möglich ist. die Domänen schneller zu transportieren. Die Frequenz des zusätzlichen magnetischen Wechselfeldes beträgt z. B. 2f.

F i g. 2 zeigt einen Teil einer Platte 8 aus magnetisierbarem Material, auf dem eine als »Angelfisch«- Struktur 9 bekannte Struktur aus Permalloy vorhanden ist. Eine magnetische Domäne IO wird sich infolge eines sich senkrecht zu der Ebene der Platte 8 ändernden Magnetfeldes von links nach rechts verschieben. Die Frequenz des Magnetfeldes beträgt f, während die Amplitude, die die Treibkraft bestimmt, A beträgt. Wenn das Material der Platte 8 homogen ist, wird die Domäne infolge der Treibkraft transportiert. Oft ist eine derartige Homogenität des Materials nicht erzielbar, so daß es vorkommen kann, daß an einer bestimmten Stelle die Treibkraft den an dieser Stelle erforderlichen Mindestwert unterschreitet, so daß kein weiterer Transport der Domäne stattfindet. Eine Vergrößerung der Amplitude könnte an dieser Steile zwar eine Lösung schaffen, aber dadurch könnte dann an anderen Stellen eine fehlerhafte Wirkung der Vorrichtung herbeigeführt werden. Durch das Vorhandensensein eines zusätzlichen magnetischen Wechselfeldes senkrecht zu der Platte mit einer Frequenz größer als f wird eine befriedigende Wirkungsweise der Vorrichtung an allen Stellen erreicht. In diesem Fall soll die Frequenz des zusätzlichen Feldes vorzugsweise größer als 3/ sein. Die Amplitude des zusätzlichen Magnetfeldes soll derart groß sein, daß beim Fehlen des Ί reibfeldes die Größe der magnetischen Domänen an jeder Stelle in der Vorrichtung geändert wird.

In F i g. 3a ist eine Platte 11 aus YbFeCh mit einer Koerzitivkraft von 0,39 Oe und einer Dicke von 50 μιτι dargestellt. Senkrecht auf der Platte 11 steht ein Magnetfeld. Die Richtung des Magnetfeldes ist stets gleich, aber seine Größe ändert sich in der Zeit um eine Frequenz von 1000 Hz und ist außerdem von der ^-Koordinate in der Ebene der Platte linear abhängig (H = Ho + xxs\n2nft). Da das Magnetfeld von der x-Koordinate in der Ebene der Platte abhängig ist, wirkt auf eine magnetische Domäne eine Treibkraft mit einer Frequenz /von 1000 Hz ein. Infolge dieser Treibkraft wird die magnetische Domäne mit dieser Frequenz in Richtung χ und —x bewegt. Die äußeren Lagen, die während dieser Bewegung eingenommen werden, sind in Fig.3a mit 12 und 13 bezeichnet. Der Höchstabstand zwischen den Wänden beträgt 300 μπι. Die Domäne weist einen Durchmesser von 175 μίτι auf. Wenn senkrecht zu der Platte 11 ein magnetisches Wechselfeld mit einer Frequenz von 5000 Hz und einer Amplitude von 0,4 Oe angelegt wird, wird die Domäne zwischen den äußeren Lagen 14 und 15 bewegt, wie in F i g. 3b dargestellt ist: der Höchstabstand zwischen den Wänden beträgt dann 300 μπι. Es hat sich herausgestellt, daß im letzteren Fall der Höchstabstand zwischen den Wänden von α linear abhängig ist. Beim Fehlen des magnetischen Wethselfeldes ist die erwähnte Abhängigkeit nicht linear. Beim Vorhandensein des magnetischen Wechselfeldes wird die magnetische Domäne über einen größeren Abstand transportiert, einerseits, weil eine größere Treibkraft darauf einwirkT und andererseits, weil die Dämpfung der Bewegung der magnetischen Domäne kleiner ist.

In F i g. 4 ist eine keilförmige Platte 16 aus magnetisierbarem Material dargestellt. Eine darin vorhandene magnetische Domäne in der Lage 19 wird infolge der abstoßenden Kräfte, die die Wände 17 und 18 auf die Domäne ausüben, in die Lage 20 bewegt. In dieser Lage ist die Resultante der abstoßenden Kräfte der Wände 17 und 18 aber nicht genügend groß, um einen weiteren Transport der Domäne zu bewerkstelligen. /*uf die Domäne wirkt in diesem Fall eine abnehmende Treibkraft mit einer Frequenz Null ein. Wenn nun senkrecht zu der Platte 16 ein magnetisches Wechselfeld mit einer beliebigen Frequenz angelegt wird, v/ird die Domäne über die Lage 20 hinaus weitertransportiert, und zwar in Abhängigkeit von der Größe und der Anzahl Perioden des Wechselfeldes. Ein derartiger Keil läßt sich vorteilhaft bei der Verschiebung einer magnetischen Domäne von einer Quelle zu z. B. einer T-Siab-Verschicbungsstruktur anwenden.

Eine analoge Wirkung ergibt sich in einer Platte beliebiger Form mit einer keilförmigen magnetischen Leitungsstruktur, wie in F i g. 5 dargestellt ist. Auf einer Platte 21 aus YbFeOß mit einer Koerzitivkraft von 0,5 Oe und einer Dicke von 100 μιτι ist eine keilförmige magnetische Leitungsstruktur 22 aus Permalloy mit einem Öffnungswinkel von 1° vorhanden. Wenn bei 23 in Gegenwart eines äußeren Magnetfeldes von 34 Oe eine magnetische Domäne mit einem Durchmesser von 120 μιτι angebracht wird, verschiebt sich diese Domäne unter dem Einfluß der keilförmigen Permalloystruktur zu der Lage 24, in der die Breite dieser Struktur etwa 60 μπι beträgt. Wenn zusätzlich senkrecht zu der Platte 21 ein magnetisches Wechselfeld mit einer Frequenz von 1 Hz und einer Amplitude von 2 Oe angelegt wird, wird die Domäne weitertransportiert. Nach 15 Perioden ist die Domäne bei 25 angelangt und hat einen Abstand von 350 μπι zurückgelegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Magnetische Speichervorrichtung mit mindestens einer dünnen Schicht aus magnetisierbarem Material, das eine magnetische Vorzugsrichtung aufweist, die zu der Oberfläche der Schicht nahezu senkrecht ist welche Vorrichtung ferner Mittel enthält, um in dieser Schicht magnetische Domänen zu erzeugen, aufrechtzuerhalten und gegebenenfalls zu zerstören, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um ein zusätzliches magnetisches Wechselfeld nahezu senkrecht zu der Ebene der dünnen Schicht mit einer die Frequenz einer für den Transport einer Domäne vorhandenen Treibkraft überschreitenden Frequenz zu erzeugen.

2. Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituße des zusätzlichen magnetischen Wechselfeldes derart groß ist, daß unter dessen Einwirkung beim Fehlen der Treibkraft die Größe der magnetischen Domänen sich nahezu an allen Stellen in der Vorrichtung ändert.

3. Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes derart hoch ist. daß die durch Diffusion induzierte Domänenwanddämpfung herabgesetzt wird.