DE1253317B - Magnetooptische Informationsspeichereinrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4MTSS& PATENTAMT Int. α.:

GlIc

AUSLEGESCHRIFT

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 37/66

Nummer: 1 253 317

Aktenzeichen: W 38119IX c/21 al

Anmeldetag: 9. Dezember 1964

Auslegetag: 2. November 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetooptische Informationsspeichereinrichtung, bei der binäre Information in eine Mehrzahl Speicherstellen dadurch geschrieben wird, daß an diese ein Magnetfeld der einen oder anderen Polarität angelegt wird, wobei die Speicherstellen aus einem Material gebildet sind, das den einen oder anderen von zwei bestimmten Zuständen je nach der Polarität des Magnetfelds annimmt.

Bekanntlich sollen die von den Speicherstellen eines Speichers eingenommenen Gebiete so klein wie möglich sein und so dicht beieinanderliegen wie möglich. Sie sollen trotzdem eine minimale Wechselwirkung und stabile, genau definierte Grenzwerte für das Ansprechen auf äußere Störeinflüsse haben. Ferner soll die in einer Speicherstelle gespeicherte Information schnell und leicht austauschbar sein, wenn immer dies gewünscht wird, ohne daß die in benachbarten Speicherstellen gespeicherte Information beeinträchtigt wird.

Wenn man bisher die Speicherstellen kleiner machte und enger zusammenrückte, mußte man einige andere, wünschenswerte Eigenschaften aufgeben. Zum Beispiel kann eine Information auf einer fotografischen Platte gespeichert werden. Die Speicherstellen sind klein, liegen dicht beieinander und sind sehr stabil; doch kann die in einem bestimmten Gebiet gespeicherte Information nur durch Bereitstellen einer neuen fotografischen Platte ausgetauscht werden.

Ein weiteres Beispiel bilden die bisherigen halbpermanenten magnetischen Speicher des selektiv austauschbaren Typs.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Tatsache zu benutzen, daß Ferromagnetismus jenseits der Curie-Temperatur verschwindet. Ein selektives Schreiben (Einspeichern der Information in vorbestimmte Speichergebiete) würde dadurch erfolgen, daß das ausgewählte Speichergebiet mit einem Elektronenstrahl erhitzt wird, so daß die vorher eingestellte Magnetisierung zerstört wird. Jedoch hat diese Lösung praktische Grenzen; sie erfordert eine große Temperaturänderung. Übermäßige Temperaturänderungen ergeben aber eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen den Speicherstellen und erfordern eine übermäßige Zeitdauer für das Abkühlen und eine übermäßige Energieableitung. Ferner ist dieses Schreibverfahren mit den zur Verfügung stehenden Ableseverfahren (Informationsentnahme aus dem Speicher) nicht vollständig vereinbar. Weiterhin hat sich kein Schreibverfahren mit tatsächlich beliebigem Zugriff als möglich erwiesen, das den Übergang im Curie-Punkt verwendete.

Magnetooptische
Informationsspeichereinrichtung

Anmelder:

Western Electric Company Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

James Tseng Hsu Chang, New Providence, N. J;

Joseph Francis Dillon jun.,

Morris Township, N. J.;

Umberto Ferdinando Gianola,

Florham Park, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. Dezember 1963
(331420)

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen tatsächlich beliebigen Zugriff zu einem halbpermanenten magnetischen Speicher zu erzielen. Hierbei soll es auch ermöglicht werden, auf die einzelnen Verbindungsleiter zu den Speicherstellen verzichten zu können, die bisher bei halbpermanenten magnetischen Speichern mit beliebigem Zugriff erforderlich waren.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist für die eingangs beschriebene magnetooptische Speichereinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine sich mit der Temperatur derart ändernde spontane Feldstärke hat, daß bei einer ersten Temperatur eine vernachlässigbare spontane Feldstärke bei maximaler, zu einer Zustandsänderung erforderlicher Magnetfeldstärke vorhanden ist, sowie bei einer zweiten Temperatur eine höhere spontane Feldstärke bei kleinerer, zu einer Zustandsänderung erforderlicher Magnetfeldstärke, und daß Mittel zum Halten der Speicherstellen auf der ersten Temperatur vorgesehen sind, ferner Mittel zum Ändern der Temperatur an ausgewählten der Speicherstellen auf die zweite Temperatur sowie dem Schreiben dienende Mittel zum Anlegen eines Magnetfelds in einer Stärke, die zwischen der maximalen und der kleineren Magnetfeldstärke liegt.

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Das Wirkungsprinzip der erfindungsgemäßen Einrichtung sei der Einfachheit halber kurz an einem Ausführungsbeispiel erläutert: Eine Information wird durch eine positiv oder negativ gerichtete Magnetisierung bestimmter Kristallteilgitter einer Scheibe ferrimagnetischen Materials gespeichert, das eine sogenannte magnetische Kompensationstemperatur aufweist. In einem derartigen Material ist die permanente Restmagnetisierung bei der Kompensationstemperatur Null, weil sich die — für sich je großen — Magnetisierungsbeiträge, die von den Kristallteilgitter dieses Materials herrühren, bei dieser Temperatur gerade kompensieren. Die Umgebungstemperatur des Materials wird konstant und etwa auf der magnetischen Kompensationstemperatur gehalten. Um eine Speicherstellenvielzahl abzugrenzen, ist die Scheibe vorzugsweise gerieft oder in Segmente zerschnitten. Ein Strahlungsenergieimpuls wird zu einem Strahl fokussiert und auf ein ausgewähltes Speichergebiet abgelenkt, in dem eine Information gespeichert oder ausgetauscht werden soll. Wegen der im ausgewählten Strahlauftreffgebiet bewirkten Temperaturänderung erzeugt das Material in diesem Gebiet eine spontane (d. h. auch bei Abwesenheit eines äußeren Magnetfelds auftretende) Magnetisierung, die sich in einer bestimmten »spontanen« Feldstärke äußert. Gleichzeitig mit dem Erscheinen des Strahlimpulses liefert eine äußere Magnetisierungsimpulsquelle ein Magnetfeld gleichmäßig an die ganze Scheibe des Materials. Dieses Magnetfeld ist senkrecht zur Ebene der Scheibe in positiver oder negativer, also der binären Information entsprechender Polarität gerichtet. Das Magnetfeld orientiert im durch Erwärmung ausgewählten Gebiet die Magnetisierungen der Teilgitter derart, daß die Gesamtenergie ein Minimum wird. Die jeweiligen Teilgittermagnetisierungen sind für entgegengesetzte Richtungen des Magnetfelds entgegengesetzt gerichtet. Somit ist die Information in Form unterschiedlicher Richtungen der Magnetisierungen der Teilgitter gespeichert. Das Ablesen der gespeicherten Information kann durch polarisierte Strahlung erfolgen, die durch diejenigen Speichergebiete, welche entgegengesetzte Richtungen in den jeweiligen Teilgittermagnetisierungen aufweisen, verschieden gedreht wird.

Um ein Schreiben mit tatsächlich beliebigem Zugriff zu ermöglichen, darf die Stärke des angelegten Magnetfeldes nicht ausreichen, um die Orientierung der Teilgittermagnetisierung an den nicht ausgewählten Speicherstellen in der Scheibe zu beeinflussen. Mit anderen Worten, die Koerzitivkraft der nicht gewählten Stellen muß die Koerzitivkraft der gewählten Stellen übersteigen, und die Größe des Magnetfelds muß zwischen diesen beiden Werten der Koerzitivkraft liegen. Das bevorzugte, ferrimagnetische Material, ein Seltene-Erde-Eisen-Granat, genügt dieser Forderung in besonders vorteilhafter Weise, weil sich seine Koerzitivkraft in der Nähe der Kompensationstemperatur sehr stark mit der Temperatur ändert. Sowohl die Temperaturänderungen als auch die für die Abkühlung der durch Erwärmung ausgewählten Speicherstellen notwendigen Zeiträume sind weit geringer als bei den bisherigen, den Curie-Punkt-Übergang zum Schreiben benutzenden Vorschlägen.

Weitere Vorteile liegen in der Tatsache, daß die Restmagnetisierung Null ist. Die jeweiligen Teilgittermagnetisierungen können daher senkrecht zur Scheibe orientiert sein, ohne daß Entmagnetisierungsfelder entstehen, die die gespeicherte Information verschlechtern und zerstören würden. Eine Magnetisierung senkrecht zur Scheibe erzeugt die größte optische Drehung. Das NichtVorhandensein von Entmagnetisierungsfeldern ergibt die Möglichkeit, die Teilgittermagnetisierungen auch bei einer Scheibe senkrecht zu dieser zu halten, die dünn genug ist, um für Licht im wesentlichen transparent zu sein.

Obwohl die Frequenz der Schreibstrahlung vorzugsweise so gewählt wird, daß möglichst gute Absorption an der ausgewählten Stelle durch .das Material stattfindet, und obwohl die Frequenz der Lesestrahlung vorzugsweise so gewählt wird, daß sich eine möglichst gute Durchlässigkeit und Polarisationsdrehung der Strahlung an der ausgewählten Stelle ergeben, können diese Forderungen auch dann

ao noch befriedigend erfüllt werden, wenn ein und dieselbe Strahlungsfrequenz für Lesen und Schreiben benutzt wird.

Für die Erfindung ist es bezeichnend, daß die Umorientierung der Teilgittermagnetisierungen innerhalb eines Zeitraums von höchstens einigen Mikrosekunden beim gleichzeitigen Auftreten des Wärmeimpulses und des Magnetisierungsfeldimpulses eintritt. Selbst bevor sich das Material wesentlich abgekühlt hat, kann auf Wunsch die ausgewählte Stelle mit dem Ziel geprüft werden, festzustellen, weiche Information gespeichert worden ist.

Jedes ferrimagnetische Material, das eine geeignete magnetische Kompensationstemperatur, optische Transparenz und große Polarisationsdrehung bei Kompensationstemperatur aufweist, eignet sich für die Zwecke der Erfindung. Bestimmte Granate aus Seltenen Erden und Eisen sind ein Beispiel für geeignete Materialien. Insbesondere ist Gadolinium-Eisen-Granat mit einem Aluminiumoxydzusatz geeignet, weil seine magnetische Kompensationstemperatur etwas höher als die übliche Raumtemperatur liegt. Daher kann das Material in einem auf Texnperaturkonstanz geregelten Ofen an Stelle in einer aufwendigeren Kühleinrichtung auf einer Umgebungstemperatur gehalten werden, die gleich der magnetischen Kompensationstemperatur ist. Kristalle dieses Materials zeigen ferner eine ausreichende optische Transparenz und Polarisationsdrehung.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen beschrieben; es zeigt

Fig. 1 eine halbschematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels,

F i g- 2 und 3 Kennlinien der magnetischen Materialien zur Erläuterung der Wirkungsweise,

F i g. 4 eine halbschematische Darstellung verschiedener Abänderungen der Ausführung nach F i g. 1, F i g. 5 eine halbschematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem eine Temperaturregelung durch Erwärmung benutzt wird,

F i g. 6 eine halbschematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels, das eine mehrkanalige Informationsspeicherung ermöglicht, und

F i g. 7 eine Tabelle, die die Zusammensetzung und die magnetischen Kompensationstemperaturen einiger bevorzugt verwendeter Materialien angibt.

Die Informationsspeichereinrichtung nach Fig. 1 weist eine Informationsspeichereinheit 1 auf, die

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einen Kristall 5 und eine Aufbauplatte 4 umfaßt. Zu- segment 3 keine Restmagnetisierung aufweist. Die

sätzlich sind Mittel zum Einschreiben einer Informa- gleichmäßige Orientierung der Magnetisierungen der

tion in die Einheit vorgesehen. kristallinen Teilgitter in einem Kristallsegment 3 bei

Bei der Einheit 1 wird die Information in Form der magnetischen Kompensationstemperatur ist sehr zweier verschiedener Orientierungen der Teilgitter- 5 stabil und weist einen sehr hohen Grenzwert für das magnetisierungen jedes Segments 3 eines Kristalls 5 Ansprechen auf magnetische Störfelder auf, und zwar aus Gadolinium-Eisen-Granat gespeichert. Gadoli- infolge ihrer hohen Koerzitivkraft.
nium-Eisen-Granat ist ein synthetisch erzeugter Entsprechend einem Merkmal der Erfindung entKristall, bei dem die Eisenatome zwei bestimmte koppeln die Riefen oder Nuten 2 verschiedene Gitterplatzarten in ungleicher Anzahl besetzen. Diese io Kristallsegmente 3, so daß die Richtungen der Magnebeiden Gitterplatzarten bilden zusammen das Eisen- tisierungen der kristallinen Teilgitter in benachbarten teilgitter im Kristall (s. Dillon in »The Smith- Kristallsegmenten 3 gleich oder verschieden sein sonian Report for I960', Washington 1961, auf Sei- können, auch bei einer umgebenden Temperatur, die ten 385 bis 404, insbesondere Seiten 386 und 387). gleich der magnetischen Kompensationstemperatur Innerhalb eines jeden Magnetbezirks des Kristalls 15 ist. Somit ist jedes Segment 3 eine getrennte Informarichten sich die Eisenatome in der einen dieser bei- tionsspeicherstelle. Andererseits können die Segden Gitterplatzarten magnetisch antiparallel zu den mente 3 auseinandergeschnitten sein. Jedoch ermög-Eisenatomen in der anderen der beiden Gitterplatz- liehen die Nuten 2 einfachere und leichtere Fabriarten aus, aber wegen der ungleichen Besetzung die- kationsverfahren, weil das Anbringen von Nuten ser beiden Gitterplatzarten verbleibt eine Restmagne- ao weniger wahrscheinlich zu unregelmäßigen Brüchen tisierung des Eisenteilgitters. führt, als das Auseinanderschneiden der Segmente 3.

Innerhalb des gleichen Magnetbezirks des Kristalls Beispielsweise ist jede Seite eines Kristallsegments 3 ist aber auch ein Gadoliniumteilgitter vorhanden; etwa 0,076 mm lang, und jedes Segment ist etwa dieses Teilgitter hat eine Magnetisierung, die magne- 0,025 mm dick. Das Aufteilen in Segmente oder das tisch antiparallel zur Restmagnetisierung des Eisen- 25 Anbringen von Riefen in der oben beschriebenen teilgitters ausgerichtet ist. Das Gadoliniumteilgitter Weise ist vorzuziehen, doch ist dies keine wesentliche hat bei den meisten Temperaturen eine Magnetisie- Forderung. Eine fortlaufende Scheibe ohne Nuten rung, die größer oder geringer als die Restmagneti- kann ebenfalls geeignet sein, vorausgesetzt, daß eine sierung des Eisenteilgitters ist. Bei diesen Temperatu- ausreichende Energieschranke zwischen den Speicherren liefern also die nicht ausgeglichenen Magnetisie- 30 gebieten vorgesehen ist, um eine Wechselwirkung zu rungen der Teilgitter eine »spontane« Magnetisie- verhindern.

rung (Magnetisierung bei fehlendem äußerem Magnet- Um eine Information in einem ausgewählten

feld), die an Hand ihrer (spontanen) Feldstärke (in Segment 3 mit einer Lage oder Adresse Aa, Ab, Ac,

Oersted) gemessen wird. Deshalb sagt man, daß Ba usw. in dem ferrimagnetischen Kristall 5 zu

Gadolinium-Eisen-Granat ein ferrimagnetisches Ma- 35 speichern, wird ein Impuls von einer Energiestrahl-

terial mit nicht gleichwertigen Teilgittern ist. quelle 13 geliefert. Eine derartige Quelle ist eine kon-

Trotzdem ist bei einer Temperatur etwas unter- zentrierte Bogenlampe. Eine andere ist ein optischer

halb der Raumtemperatur die Magnetisierung des Laser. Nach der Fokussierung durch die Linse 14

Gadoliniumteilgitters genau gleich der Restmagneti- wird der Energiestrahlimpuls durch die Ablenkein-

sierung des Eisenteilgitters, so daß die Gesamtmagne- 40 richtung 15 auf das Segment 3 gerichtet, das z. B. die

tisierung des Kristalls Null ist. Diese Temperatur, die Adresse Bb hat, die von der Adresseneingangsschal-

etwa 14° C beträgt, wird magnetische Kompen- tung 16 geliefert wird.

sationstemperatur genannt, weil sich die nicht gleich- Der Energiestrahlimpuls erhöht die Umgebungswertigen Teilgitter nunmehr genau magnetisch korn- temperatur des Segments 3 bei der Adresse Bb über pensieren. Weitere Informationen über die physika- 45 die magnetische Kompensationstemperatur und iniische Grundlage dieser Erscheinung finden sich bei duziert einen spontanen magnetischen Fluß in ihm, B e 1 ο ν, Magnetic Transistions, Consultants' Bureau, wie es durch die Kurve 33 in F i g. 2 dargestellt ist. New York, 1961, S. 176 bis 182. Wegen der Form der Koerzitivkraftänderung mit der

Die Magnetisierungen des Gadoliniumteilgitters Temperatur, wie sie in der Kurve 40 der F i g. 3 dar- und des Eisenteilgitters sind senkrecht zu einer 50 gestellt ist, wird nur eine kleine Temperaturänderung Hauptfläche des Kristalls gerichtet. Diese Richtung benötigt, so daß die erforderliche Wärmeenergie bewird die »Achse leichter Magnetisierung« oder die schränkt bleibt. Bei Gadolinium-Eisen-Granat wird bevorzugte Magnetisierungsachse genannt. Sie wird eine Temperaturänderung von nur 4° C für die prakdurch die Spannungen, welche z. B. durch Polieren tische Anwendung als ausreichend angesehen,
der Hauptfläche entstehen, senkrecht zu dieser Fläche 55 Die Eingangsschaltung 7 für binäre Informationen gemacht. Vorzugsweise wird der Kristall mit zwei führt der Spule 8 den Strom / mit einer Größe zu, parallelen Hauptflächen versehen, die beide optisch der ein Magnetfeld H₁ mit einer unten behandelten poliert werden. Auf diesen Flächen können trans- Größe hervorbringt und mit einer von der binären parente dielektrische Überzüge vorgesehen werden, Information abhängigen Polarität, die eine binäre um Reflektionen an den Grenzflächen mit der Luft 60 Information erzeugt, welche von der Orientierung bzw. mit der Glasplatte 4 zu verringern. der Teilgittermagnetisierung des Segments 3 bei der

Bei der magnetischen Kompensationstemperatur Adresse Bb abhängt. Es sei bemerkt, daß eine In-

haben Kräfte innerhalb eines Kristallsegments 3 die formationsspeicherung auch durch Abkühlen des

Tendenz, einen einzigen magnetischen Bezirk zu Segments 3 bei der Adresse oft unter die Kompen-

erzeugen, d. h. eine gleichmäßige Polarität der Rest- 65 sationstemperatur erzielt werden kann, wie es der

magnetisierung des Eisenteilgitters und die entgegen- Kurve 33 der F i g. 2 entnommen werden kann,

gesetzte gleichmäßige Polarität der Magnetisierung Nachdem ein bestrahltes Segment auf eine Um-

des Gadoliniumteilgitters, auch wenn das Kristall- gebungstemperatur abgekühlt ist, die nahe bei der

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magnetischen Kompensationstemperatur liegt, kann Dysprosium-Eisen-Granat hat eine Kompensationsein anderes Segment erhitzt werden und die Speiche- temperatur von etwa —63° C.
rung von Informationen in der oben beschriebenen Durch die Röhre 75 wird in den Zylinder 56 Weise fortgesetzt werden, bis in jedem Segment 3 Heliumgas eingeführt und steigt in Blasen durch die eine binäre Information in Form der gewünschten 5 Kühlflüssigkeit 59 auf ein Niveau oberhalb der Orientierung der Gadolinium- und Eisenteilgitter- Speichereinheit 51 auf. Die Kühlflüssigkeit hat die magnetisierungen in diesem Segment gespeichert ist. Tendenz, in die Heliumblasen zu verdampfen, so

Das Magnetfeld H₁ muß gleich oder größer als das daß aus der Kühlflüssigkeit Wärme entfernt wird. Koerzitivfeld H_c für das ausgewählte Segment 3 sein, Durch Regeln des Heliumflusses kann die Temperadas durch den Energiestrahl erhitzt ist, jedoch kleiner io tür der Kühlflüssigkeit 59 geregelt werden. Insbesonals das Koerzitivfeld H_c für die Segmente 3, die nicht dere wird das Kochen der Kühlflüssigkeit durch diebestrahlt sind, wie aus der Kurve 40 der F i g. 3 her- ses Verfahren der Temperaturregelung verhindert, so vorgeht. Dann erzwingt das Magnetfeld H₁ eine Wie- daß keine Blasen in den Wegen des Ablese- oder derausrichtung der Magnetisierungen der Kristallteil- Schreibstrahls der Quelle 63 auftreten. Der Kühlgitter des ausgewählten Segments 3, so daß keine 15 dampf kann durch den Auslaß 62 in dem transparen-Übergangsrestmagnetisierung die Polarität mit dem ten, thermisch isolierenden Zylinder 56 in die Atmodurch das Magnetfeld erzeugten Fluß unterstützt, sphäre austreten.

während die Orientierungen der Teilgitter in den an- Die Lichtquelle 63 ist während des Schreibvorderen Segmenten nicht gestört werden. Somit erzielt gangs mit dem Ausgang der Energiequelle 68 mit man eine Schreibmöglichkeit mit wirklich beliebigem ao hoher Energie verbunden. Die Spule 58 ist eine Zugriff. Helmholtzspule, welche eine Alternative zur Zylin-

Für die erzielbare Reinheit des Kristalls 5 und die derspule 8 nach F i g. 1 darstellt und welche sich von erzielbare Genauigkeit des Magnetfeldes H₁ ist es dieser dadurch unterscheidet, daß sie aus zwei gemöglich, eine Wiederausrichtung nicht erwärmter trennten Spulen besteht, die einen Abstand vonein-Stellen mit nur etwa 4° C Änderung der Um- 25 ander haben, der gleich dem Radius des Isolierzylingebungstemperatur (T=4° C) an der erwärmten ders 56 ist. Sie können entweder in Reihe oder anch Stelle zu verhindern. Diese erwünschte Betriebs- parallel geschaltet sein. In jedem Fall liefern sie ein eigenschaft ergibt sich aus der verhältnismäßig gleichmäßiges Magnetfeld in den Kristallen 53. Eine großen Änderungsgeschwindigkeit der Koerzitivkraft Information wird in die Einheit 51 in der Weise einmit der Temperatur in der Nähe der Kompensations- 30 geschrieben, die für die Einheit 1 in der Ausführung temperatur, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. nach F i g. 1 beschrieben wurde.

Gemäß F i g. 1 ist die Umgebungstemperatur durch Eine gespeicherte Information kann vorzugsweise ein geeignetes Kühlmittel in der Nähe der Kompen- von den Kristallen 53 abgelesen werden, indem ein sationstemperatur des Gadolinium-Eisen-Granat- Polarisator 69 zwischen der Ablenkeinrichtung 65 Kristalls 5 stabilisiert. Die Pumpe 17, die Schläuche 35 und den Kristallen 53 und ein Analysator 70, eine 10, der Einlaß 11 und der Auslaß 12 lassen das Linse 71 und eine Fotozelle 72 in dieser Reihen-Kühlmittel um den Kristall 5 in einem thermos- folge auf der dem Polarisator 69 gegenüberliegenden flaschenartigen Zylinder 6 umlaufen, dessen End- Seite der Kristalle 53 angeordnet werden,
flächen für eine Strahlung der Quelle 13 durchlässig Während des Ablesevorgangs wird die Lichtquelle sind. Die Kühleinheit 19 und die Kühlspule 18 küh- 40 63 an den Ausgang der Quelle 68 mit niedriger Enerlen das Kühlmittel nach Bedarf ab, und zwar unter gie angeschaltet, da es nicht notwendig oder wundem Einfluß der Temperaturmessung, die vom Ther- sehenswert ist, die Kristalle 53 während des Ablesens mistor oder Thermoelement 20 vorgenommen wird. zu erwärmen. Die Strahlungsabsorption während des Die wärmeleitende Glasplatte 4, die an der nicht- Ablesens ist vorzugsweise weit weniger stark als wähbestrahlten Seite des Kristalls 5 befestigt ist, bildet 45 rend des Schreibens. Die Strahlung wird durch die einen Träger für den Kristall und beteiligt sich an Ablenkeinrichtung 65 auf den Kristall 53 in der Köder Wärmeableitung von dem Kristall. Die Platte 4 ordinatenlage gerichtet, die durch die Eingangsist etwa 1,58 mm dick. Andere Kühlmittel sind schaltung 66 bestimmt ist. Nach der linearen Polariselbstverständlich in gleicher Weise geeignet, z. B. sation durch den Polarisator 69 geht das Licht durch die Peltierkühlung. Es sei ferner nochmals darauf 50 einen Kristall 53, z. B. bei der Adresse Bb. Die hingewiesen, daß ein Granat mit einem Kompen- Polarisation des Lichts wird für eine Orientierung sationspunkt oberhalb der Raumtemperatur einfacher der Magnetisierung des Eisenteilgitters des Kristalls in einem Ofen verwendet werden kann. in einem Sinn gedreht, während sie für die ent-

F i g. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführung der Er- gegengesetzte Orientierung der Magnetisierung des findung, die sich in mehreren Besonderheiten von der 55 Eisenteilgitters in entgegengesetztem Sinn gedreht Ausführung nach Fig. 1 unterscheidet und die zu- wird. Ein Kristall aus Disprosium-Eisen-Granat von sätzlich eine Einrichtung enthält, um eine im fern- 0,025 mm Dicke dreht die Polarisation des gelben magnetischen Kristall gespeicherte Information ab- Lichts um etwa 5°. Ebenso dreht bei der Ausführung zurufen. Der Vorgang des Abrufens einer gespeicher- nach F i g. 1 ein Kristall aus Gadolinium-Eisenten Information wird in der Technik als »Ablesen« 60 Granat von 0,025 mm Dicke die Polarisation des gel- oder »Wiedergewinnen« der Information bezeichnet. ben Lichts um etwa 5°. Tiefere Frequenzen der

Gemäß Fig.4 ist eine Vielzahl von Kristallen53 Strahlung zeigen eine Drehung der Polarisation um

aus Dysprosium-Eisen-Granat auf einer transparenten einen geringeren Grad.

wärmeleitenden nichtmagnetischen Unterlage 54 an- Es ist wichtig festzustellen, daß die Drehung trotz geordnet, die ebenso ausgeführt sein kann wie die 65 der Tatsache stattfindet, daß die Restmagnetisierung Glasplatte4 nach Fig. 1. Die Kristalle53 sind bei- des Kristalls bei der magnetischen Kompensationsspielsweise je 0,025 mm dick und haben einen Durch- temperatur Null ist. Diese Tatsache kann mit Hilfe messer von 0,076 mm. der vorläufigen Theorie erklärt werden (welche die

Erfindung in keiner Weise beschränken soll), daß die Drehung nur von der Orientierung der Magnetisierung der Eisenionen in einer der beiden Arten von kristallinen Stellen im Eisenteilgitter abhängt. Allgemeiner kann gesagt werden, daß der Drehsinn der Polarisation von der Orientierung der Magnetisierung des Eisenteilgitters abhängt.

Der Analysator 70 ist so eingestellt, daß er Licht, welches die Polarisation in einem Sinn gedreht hat, auslöscht oder nahezu auslöscht. Infolgedessen wird eine wesentliche Lichtmenge durchgelassen, deren Polarisation im entgegengesetzten Sinn gedreht ist. Die Fotozelle 72 liefert ihr Ausgangssignal an eine Grenzwertdiskriminatorschaltung73, um einen Ausgangsimpuls an die Verbraucherschaltung 74 nur für die größere übertragene Lichtmenge zu geben.

Das Vorhandensein eines Impulses und das Nichtvorhandensein eines Impulses der fotoelektrischen Zelle 72 stellt dieselbe binäre Information dar, die durch die eine Polarität Strom / und die entgegengesetzte Polarität dieses Stroms der Eingangsschaltung 57 für binäre Information während des Schreibvorgangs dargestellt wurde.

Eine ähnliche Anordnung kann für das Wiedergewinnen der gespeicherten Information der Ausführung nach F i g. 1 geschaffen werden, indem ein Polarisator, ein Analysator, eine Linse und eine Fotozelle sowie die zugehörigen Schaltungen in derselben relativen Lage wie bei der Ausführung nach F i g. 4 eingefügt werden.

Irgendein Verfahren zur Bestimmung der Orientierungen der Teilgittermagnetisierungen der ferrimagnetischen Kristalle kann zum Ablesen der Information aus den Speichereinheiten 1 oder 51 benutzt werden. Wenn das Verfahren nichtoptischer Natur ist, kann die Speichereinheit einschließlich des Kristalls und der Aufbauunterlage auf eine geeignete Einrichtung übertragen werden. Die Erfindung betrifft in der Hauptsache das Speichern oder das Schreiben von Informationen in einem ferrimagnetischen Material mit einer magnetischen Kompensationstemperatur. Die bevorzugte Ausführung kann nichtsdestoweniger dieselbe Strahlenenergiequelle sowohl für das Schreiben als auch für das Ablesen verwenden.

Die ferrimagnetischen Materialien, die für die Erfindung verwendet werden können, umfassen alle Materialien, die eine magnetische Kompensationstemperatur aufweisen, d. h. eine Temperatur, bei der magnetisch nicht gleichwertige Teilgitter eine Restmagnetisierung Null erzeugen und die vorzugsweise geeignete optische Eigenschaften haben. Diese Materialien umfassen unter den zur Zeit für die erfindungsgemäße Einrichtung bevorzugten Materialien Dysprosium-Eisen-Granat, Erbium-Eisen-Granat, Gadolinium-Eisen-Granat, Holmium-Eisen-Granat und Terbium-Eisen-Granat sowie Gadolinium-Eisen-Granat, bei dem ein kleiner Teil der Eisen(Fe)-Ionen durch kristallische Ionen wie Aluminiumionen ersetzt ist. Die Kompensationstemperaturen für diese Materialien mit Seltenen Erden sind in der Tabelle der F i g. 7 angeführt. Diese Materialien können kombiniert werden, um ein Kristallgitter hervorzubringen, das zwei Arten von ionischen Atomen von Seltenen Erden enthält und das mittlere Werte der Kompensationstemperatur ergibt.

Wenn auch die oben angeführten Materialien nicht alle möglichen ferrimagnetischen Materialien mit Kompensationstemperaturen erschöpfen, so werden doch granatartige ferrimagnetische Materialien vorzugsweise benutzt, weil sie nach den Angaben von J. W. N i e 1 s e η in der USA.-Patentschrift 2 957 827 vom 25. Oktober 1960 und in der USA.-Patentschrift 3 050407 vom 21. August 1962 hergestellt werden können. Die in der letztgenannten Patentschrift beschriebenen Verfahren zum Einfügen von färbenden Zusätzen sind gleichermaßen zum Einfügen von Zusätzen wie Aluminiumoxyd wirksam, um die magnetische Kompensationstemperatur anzuheben, wenn immer das Material bei Nichtvorhandensein des Zusatzes eine Kompensationstemperatur aufweist.

F i g. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführung der Erfindung, bei der ein Kristall 85 aus Gadolinium-Eisen-Granat mit einem Aluminiumoxydzusatz als Informationsspeichermaterial benutzt wird. Die Kompensationstemperatur ist auf etwa 32° C angehoben,

ao wobei für jeweils 99 Eisenatome ein Aluminiumatom hinzugefügt ist. Das heißt 1 von 100 Eisenatomen ist durch Aluminiumatome ersetzt. In den meisten auf der Erde vorkommenden Fällen kann eine Heizspule 90, die so gewickelt ist, daß eine induktive Kopplung mit dem Kristall 85 vermieden wird, benutzt werden, um die Speichereinheit 81, einschließlich des Kristalls 85 und der Aufbauplatte 84 auf einer Umgebungstemperatur zu halten, die etwa gleich der Kompensationstemperatur ist. Thermistoren oder Thermoelemente 103 tasten die Temperatur an den Rändern der Aufbauplatte 84 ab und liefern entsprechende elektrische Signale an die Regeleinrichtung 89 mit einer Polarität, bei der Temperaturabweichungen der Umgebung entgegengewirkt wird.

Diese geregelte Heizanordnung ist von besonderem Vorteil für die Erfindung, weil es im allgemeinen leichter ist, die Temperatur eines Materials durch Heizen zu regeln als durch Abkühlen.

Nach F i g. 5 liefert die Ablesequelle 106 Energie von geringerer Stärke als die Schreibquelle 93 und mit einer geeigneten Frequenz vorzugsweise gelbes Licht, um die Information von der Einheit 81 wiederzugewinnen. Die Polarisationsdrehung ist für gelbes Licht größer als für tiefere Frequenzen, ferner ist die Durchlässigkeit des Kristalls 85 für gelbes Licht höher als für noch höhere Frequenzen. Die optimale Frequenz für das Ablesen ist für verschiedene ferrimagnetische Materialien mit einer Kompensationstemperatur unterschiedlich.

Ein halbversilberter Spiegel 105 befähigt die Strahlen der Strahlenergiequellen 93 und 106, in die Strahlablenkeinrichtung 95 an derselben Stelle von derselben Richtung her einzutreten, so daß jeder Strahl unter dem Einfluß der gleichen Speicheradresse der Adresseneingangsschaltung 96 das gleiche Segment 83 trifft. Es sei jedoch bemerkt, daß die Verwendung einer einzigen Quelle wie bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 und 4 das Problem beseitigt, die Ablese- und Schreibstrahlen am Speicherkristall 85 zur Deckung zu bringen.

Die Teile der Strahlen bei der Ausführung nach Fig. 5, welche durch den Spiegel 105 von der Linse 94 weggerichtet sind, können verwendet werden, um eine Information in eine zweite Speichereinheit ähnlieh der Einheit 81 zu schreiben oder aus ihr abzulesen.

Eine Ausführung der Erfindung, die ein besser

ausgearbeitetes System von teilweise versilberten Spiegeln aufweist, ist in F i g. 6 dargestellt. Ein

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Energiestrahl wird von der Quelle 123 ausgesandt und unter dem Einfluß der Adresseneingangsschaltung 126 durch die Ablenkeinrichtung 125 abgelenkt. Der abgelenkte Strahl wird in zehn gleiche Teile durch parallele, teilweise versilberte Spiegel 127 und 128 aufgespalten. Die Versilberung der Spiegel, die in einer Zone in der Nähe jedes Perfektionspunkts notwendig ist, ist quantitativ durch den Bruchteil des reflektierten Lichts angegeben. Die Grenzen jeder dieser Zonen sind durch Querstriche auf den Spiegeln 127 und 128 nach F i g. 6 angegeben. Das Ausmaß dieser Zonen ist durch die Notwendigkeit bestimmt, die richtige Aufteilung der Strahlintensität bei der Ablenkung durch die Ablenkeinrichtung 125 zu erhalten. Die zehn Teile mit gleicher Intensität treffen Segmente in gleichen relativen Lagen, nämlich Bb in zehn verschiedenen Gadolinium-Eisen-Granat-Kristallen 135, die in der in F i g. 1 dargestellten Weise gerieft sind. Jede der Helmholtzspulen 108, die in der Weise der Spule58 nach Fig. 4 angeord- so net sind, wird durch einen Strom mit einer Polarität erregt, der eine »1« oder eine »0« der binären Information der Eingangsschaltung 107 darstellt. F i g. 6 zeigt, wie die binäre Zahl 1001101011, gelesen von links nach rechts und dann nach unten entlang der Eingangsschaltung 107, durch die beiden Polaritäten der Ströme in den Helmholtzspulen 108 dargestellt werden kann. Jede der binären Ziffern wird in einer entsprechenden Orientierung der kristallinen Teilgitter-Magnetisierungen in der Adresse Bb in ihrem Kristall 135 gespeichert. Das Ablesen geschieht in der Weise nach F i g. 4, wobei jede der Fotozellen 141 einen Impuls für eine gespeicherte »1« und keinen Impuls für eine gespeicherte »0« liefert.

Die Anordnung nach F i g. 6 ermöglicht eine erhöhte Geschwindigkeit bei der Speicherung und der Wiedergewinnung von Informationen. Eine derartige Anordnung kann als Speichereinrichtung mit »parallelem Eingang und Ausgang« oder als »Vielkanak-Speichereinrichtung bezeichnet werden.

Offensichtlich kann als weitere Abänderung der Ausführungsbeispiele der Erfindung jede Art von Einrichtung zum Ablenken eines Lichtstrahls, z. B. bewegliche Spiegel, an Stelle der Ablenkeinrichtung 125 verwendet werden.

Die oben beschriebenen Anordnungen stellen eine kleine Zahl von zahlreichen möglichen speziellen Ausführungen dar, die Anwendungen des Erfindungsprinzips sind. Zahlreiche andere Anordnungen können ohne Schwierigkeiten entsprechend dem Erfindungsprinzip vom Fachmann vorgeschlagen werden, ohne vom Wesen und Ziel der Erfindung abzuweichen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Magnetooptische Informationsspeichereinrichtung, bei der binäre Information in eine Mehrzahl Speicherstellen dadurch geschrieben wird, daß an diese ein Magnetfeld der einen oder anderen Polarität angelegt wird, wobei die Speicherstellen aus einem Material gebildet sind, das den einen oder anderen von zwei bestimmten Zuständen je nach der Polarität des Magnetfelds annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine sich mit der Temperatur derart ändernde spontane Feldstärke hat, daß bei einer ersten Temperatur eine vernachlässigbare spontane Feldstärke bei maximaler, zu einer Zustandsänderung erforderlicher Magnetfeldstärke vorhanden ist, sowie bei einer zweiten Temperatur eine höhere spontane Feldstärke bei kleinerer, zu einer Zustandsänderung erforderlicher Magnetfeldstärke, und daß Mittel zum Halten der Speicherstellen auf der ersten Temperatur vorgesehen sind, ferner Mittel zum Ändern der Temperatur an ausgewählten der Speicherstellen auf die zweite Temperatur sowie dem Schreiben dienende Mittel zum Anlegen eines Magnetfelds in einer Stärke, die zwischen der maximalen und der kleineren Magnetfeldstärke liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ferrimagnetisch ist und daß die erste Temperatur auf etwa die magnetische Kompensationstemperatur des Materials eingestellt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ändern der Temperatur der ausgewählten der Speicherstellen auf die zweite Temperatur ein auf dieselben gerichteter Energiestrahl vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl über zumindest zwei in den Strahlengang gestellte teilversilberte Spiegel in mehrere Strahlenbündel praktisch gleicher Intensität aufgeteilt ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Granat einer Seltenen Erde und Eisen ist, das in Scheibenform vorliegt, und daß auf einer Oberfläche der Scheibe eine Vielzahl sich schneidender Riefen vorgesehen sind, die die Speicherstellen definieren, wobei letztere in der Lage siad, entsprechend dem je eingenommenen der beiden Zustände die Polarisationsrichtung einer einfallenden Strahlung in eine von zwei Richtungen zu drehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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