DE1282714B - Einrichtung zur Speicherung von Binaerwerten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WtWs PATENTAMT Int. Cl.:

GlIc

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 al-37/66

Nummer: 1282714

Aktenzeichen: P 12 82 714.4-53 (J 30922)

Anmeldetag: 25. Mai 1966

Auslegetag: 14. November 1968

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Speicherung von Binärwerten auf einem gleichförmig vormagnetisierten, Remanenz aufweisenden Werkstoff.

Es sind Speichereinrichtungen bekannt, die mit der kombinierten Wirkung eines Magnetfeldes und einer S äußeren Kraft, z. B. der Temperatur, arbeiten. Beispiele dafür sind Supraleiter, thermoplastische Speicher und mit dem Curie-Punkt von magnetischen Werkstoffen arbeitende Speicher.

Bei den supraleitenden Einrichtungen sind Temperaturen von einigen Graden Kelvin erforderlich, und die Herstellung von Einrichtungen mit hoher Speicherdichte bereitet technologische Schwierigkeiten.

Bei der thermoplastischen Speicherung, bei der durch äußere Wärmeeinwirkung ein vorher ebenes Speichermedium deformiert wird, findet die Erweichung des plastischen Materials nicht scharf und plötzlich statt, sondern über einen Temperaturbereich von 50 bis 100⁰C. Die Temperaturerhöhung läßt sich außerdem örtlich nicht gut lokalisieren; wegen des Abfließens der Wärme auf benachbarte Gebiete ist die Speicherdichte begrenzt.

Bei der Speicherung durch Ausnutzung des Curie-Punktes wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß magnetische Materialien bei einer bestimmten, im Bereich von 200 bis 300° C liegenden Temperatur ihre Remanenz verlieren. Es ist bekannt (z. B. USA.-Patent 2 915 594), durch einen gesteuerten Lichtstrahl ein vormagnetisiertes, vorgeheiztes Magnetband örtlich zu entmagnetisieren. Es ist auch bekannt (USA.-Patent 3 094 699), die lokale Erwärmung zur Überschreitung des Curie-Punktes durch einen Elektronenstrahl zu verursachen.

Speicherung unter Benutzung des Curie-Punktes magnetischer Stoffe hat den Nachteil, daß ein beträchtlicher Temperaturbereich durchlaufen werden muß, um eine ausreichende Verminderung beispielsweise der Koerzitivkraft zu bewirken. Für Ferrite liegt der Abfall der Koerzitivkraft zwischen 0,3 und 3°/o pro Grad Celsius Temperaturanstieg (C. J. Quartly, »Square-Loop Ferrite Circuitry«, 1962, Iliffe Books Ltd., London). Der große zu durchlaufende Temperaturbereich ist für den Aufbau einer Speichereinrichtung nachteilig: es muß eine große Wärmemenge zugeführt werden; die Einrichtung kann nicht rasch arbeiten; die Einwirkung auf benachbarte Bereiche ist unvermeidlich, die Speicherdichte kann nicht groß sein.

Es hat sich gezeigt, daß bei mäßig tiefen Temperaturen eine weitere Unstetigkeit der Koerzitivkraft gewisser magnetischer Materialien vorhanden ist. Bei etwa 116° K ändert sich die Koerzitivkraft von Einrichtung zur Speicherung von Binärwerten

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk,N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. A. Bittighofer, Patentanwalt,

7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

John Karl Alstad, Poughkeepsie, N. Y.;

Geoffrey Bate,

John R. Morrison, Wappingers Falls, N. Y.;

Dennis Elias Speliotis,

Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 26. Mai 1965 (458 950)

Eisenoxyduloxyd sprunghaft auf einen Bruchteil des Betrages bei tieferen Temperaturen. Eine Temperatur von etwa 116° K ist verhältnismäßig leicht zu erzeugen. Infolge der geringen erforderlichen Temperaturerhöhung sind nur sehr kleine Wärmemengen zur Steuerung des Aufzeichnungsvorganges erforderlich. Die Arbeitsgeschwindigkeit kann infolgedessen sehr hoch gewählt werden. Einwirkungen auf benachbarte Speicherstellen werden vermieden, so daß sich eine hohe Speicherdichte erzielen läßt.

Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Einrichtung zur Speicherung von Binärwerten auf einem gleichförmig vormagnetisierten, Remanenz aufweisenden Werkstoff durch örtlich begrenzte, die magnetischen Eigenschaften ändernde Erwärmung unter gleichzeitiger Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes mit dem Merkmal, daß als Werkstoff Eisenoxyduloxyd bei einer Temperatur von etwa 116° K benutzt wird.

Außer mit einem Elektronenstrahl läßt sich die lokale Erwärmung nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch ein Netz von sich kreuzenden Leitungen erzeugen; dabei werden jeweils zwei an der Speicherstelle sich kreuzende Leitungen mit einem Strom gespeist. Die lokale Erwärmung läßt sich nach einem anderen Merkmal der Erfindung noch dadurch erzeugen, daß an jeder Speicherstelle ein zur Spei-

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cherfläche im wesentlichen senkrecht verlaufender Leiter befestigt wird; ein Strom durch den Leiter ruft in der Speicherfläche, örtlich begrenzt, eine Erwärmung hervor.

Die nachfolgende Beschreibung wird durch Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung der Speichereinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Diagramm über das Temperaturverhalten der Koerzitivkraft eines mit Fig. 1 verwendbaren Materials;

F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Speichereinrichtung nach der Erfindung und Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel.

Der in Fig. 1 dargestellte kryomagnetische, das Erfindungsprinzip verwirklichende Datenspeicher enthält ein magnetisches Speichermedium 10 in Form eines Bandes. Dieses besteht aus einem ferromagnetischen Material 12, das in bekannter Weise auf einem nichtmagnetischen Träger 11 aufgebracht ist.

Die Dicke des Materials 12 ist nicht kritisch; sie kann sich zwischen einigen hundertstel Millimetern bis zu einigen Zentimetern bewegen. Eine günstige Dicke wäre zwischen 0,05 und 0,5 mm. Der Träger 11 sollte bei Betriebstemperatur weich und fest sein. Brauchbar dafür ist üblicher Zellulose-Azetatfilm mit einer Dicke von 0,03 bis 12 mm. Die ferromagnetische Fläche kann ebensogut eine polykristalline Struktur haben als auch eine Einkristall-Platte von etwa von etwa 50 X 50 X 0,3 mm sein. Sie könnte auch aus einem Agglomerat getrennter Teilchen aus vielen Domänen bestehen.

Eisenoxyduloxyd (FeO, Fe₂O₃) ist ein Beispiel für ein magnetisches Material, das nach seine.n Eigenschaften für die Benutzung bei der erfindungsgemä-J3en Speichereinrichtung brauchbar wäre. In Fig. 2 ist über der Temperatur in Grad Kelvin die Koerzitivkraft in Oersted für diesen Werkstoff aufgetragen. Er hat bis zu etwa 116° K eine praktisch konstante Koerzitivkraft von etwa 45 Oersted. Dann ändert sich die Koerzitivkraft plötzlich und scharf auf einen Wert von etwa 3 Oersted. Für die erfindungsgemäße Anwendung kann eine plötzliche und scharfe Änderung definiert werden als eine solche, die innerhalb eines Bereiches von weniger als 10° K stattfindet. Die Koerzitivkraft bleibt auf der Höhe von 3 Oersted, wenn die Temperatur über.ll6° K erhöht wird. Diese plötzliche Änderung einer magnetischen Eigenschaft bei Änderung einer äußeren physikalischen Größe wird zur Datenspeicherung herangezogen.

Das Speichermedium 10 in Fig. 1 bewegt sich zunächst relativ zur Aufzeichnungsstelle 13 und dann relativ zur Lesestelle 14. Normalerweise sind die magnetischen Bereiche des Materials 12 in einer Richtung orientiert. Wie bei 15 durch die Zeile angedeutet, liegt diese Richtung entgegengesetzt zum Magnetfeld H. An der Aufzeichnungsstelle 13 werden sie diesem Magnetfeld ausgesetzt, das in der Ebene des bandförmigen Speichermediums, aber quer zur Bandrichtung wirkt. Das Magnetfeld kann durch ein Paar von beidseits des Bandes angeordneten Helmholtzspulen 16 und 17 erzeugt sein, die von der Spannungsquelle 18 erregt werden. Das Magnetfeld könnte in einer der sechs Richtungen eines kartesischen Koordinatensystems wirken.

In F i g. 2 ist die Größe des auf das Material 12 wirkenden Magnetfeldes durch die horizontal gestrichelte Linie angedeutet. Sie liegt zwischen den beiden eingangs erwähnten Betriebszuständen des magnetischen Materials 12. Das Feld kann für sich allein keine Änderung des magnetischen Zustandes hervorrufen. Es tritt jedoch ein plötzlicher und scharfer Übergang der Koerzitivkraft des Materials 12 auf, wenn seine Temperatur die Ubergangstemperatur von 116° K überschreitet. Dann ist das Feld H in der Lage, die Magnetisierungsrichtung der erwärmten Stelle des Materials als kennzeichnend für eine gespeicherte Information zu ändern.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wird Wärme durch einen Elektronenstrahl 21 zugeführt, welcher von dem Strahlerzeuger 22 erzeugt wird; zu seinem Betrieb dienen die Strahlsteuerung 23 und die Zentrier- und Ablenkschaltungen 24. Die Temperatur der getroffenen Stelle wird dabei also über 116° K erhöht, so daß die Koerzitivkraft plötzlich auf einen Wert unterhalb der Feldstärke H zurückgeht und die magnetischen Bereiche an der getroffenen Stelle sich in Richtung des Feldes H orientieren können. Die getroffene Stelle speichert also damit eine Information.

Beim Betrieb der Speichereinrichtung ist es wünschenswert, die Temperatur des Materials nur um wenige Grade zu ändern. Die ganze Aufzeichnungseinrichtung wird dazu in eine entsprechende (nicht gezeigte) wärmeableitende Anordnung eingebaut. Das Material 12 soll dabei auf eine dicht unter der Ubergangstemperatur liegende Temperatur, z. B. auf 114° K, gebracht werden. Wenn dann durch den Elektronenstrahl eine leichte Temperaturerhöhung von etwa 4° K verursacht wird, überschreitet das Material die Temperaturschwelle, und eine Speicherung findet statt.

Die Speicherung kann an regelmäßig aufeinanderfolgenden oder an beliebig gewählten Stellen stattfinden; die Auswahl der Speicherstelle geschieht mittels der Schaltung 24. Nachdem der Elektronenstrahl die gewählte Stelle verlassen hat, kehrt die Koerzitivkraft zu ihrem oberen Wert zurück (Fig. 2). Die Stelle behalt jedoch die gewählte Größe und Richtung der Magnetisierung bei, welche für die gespeicherte Information bezeichnend ist. Die Stabilität der Magnetisierung bei Temperaturen unterhalb der Übergangstemperatur ist sichergestellt, da zu ihrer Beseitigung ein Feld von beinahe 50 Oersted erf orderlich wäre.

Das magnetische Feld an der Aufzeichnungsstelle 13 braucht nicht notwendigerweise durch Helmholtz-Spulen 16 und 17 angelegt zu werden; dies kann auch auf andere-Weise geschehen. Außerdem muß das magnetische Feld nicht ein Gleichstromfeld sein; es kann auch ein Wechselfeld sein. In diesem Fall werden die magnetischen Bereiche 15 des Speichermediums an einer Vor-Station in einer Richtung magnetisiert. Das Wechselfeld dient dann zur Entmagnetisierung der vom Elektronenstrahl ausgewählten. Stelle. Die entmagnetisierten Stellen dienen dann zur Speicherung. Zum Löschen des Speicherwertes muß der Elektronenstrahl wieder zu der betreffenden Stelle geführt und das Speichermedium wieder dem Magnetisierungsfeld ausgesetzt werden.

Nach der Wert-Aufzeichnung kann unmittelbar danach oder später das Lesen stattfinden. In Fig. 1 passiert das Speichermedium nach der Aufzeichnung die Lesestelle 14, die zum Lesen vom Kerr-Effekt Gebrauch macht. Eine Lichtquelle 31 liefert einen Lichtstrahl 32, der das vorbeilaufende Speicher-

medium an der Lesestelle 14 trifft. Mittels des Detektors 33 wird die Lichtreflexion bestimmt, welche von der Größe und Richtung der Magnetisierung abhängt. Der Speicherwert kann dadurch bestimmt werden.

Wenn das Speichermedium lichtdurchlässig ist, läßt sich der Faraday-Effekt benutzen; es wird dabei die Ablenkung des das Speichermedium passierenden Lichts zum Lesen benutzt. Auch ein Elektronenstrahl kann zum Lesen angewendet werden. Es kann derselbe Strahlerzeuger benutzt werden wie beim Schreiben; es kann auch ein anderer Strahlerzeuger sein. Die Messung kann durch Elektronen-Spiegelung oder mittels Lorentz-Mikroskopie geschehen.

In F i g. 3 ist das Speichermedium 40 in Blattform dargestellt. Wie früher festgestellt, kann das Blatt die Abmessungen 50 X 50 X 0,3 mm haben. Die Datenspeicherung am gewünschten Ort des Blattes 40, z. B. an der Stelle 41, geschieht durch die Koinzidenzstrom-Technik. Von den Stromquellen 38 und 39 wird ein Strom durch die angeschlossenen Leiter geführt, die entweder ein Teil des Blattes sind oder auf ihm befestigt werden. Wenn z. B. durch den Leiter X3-X3' und den Leiter Γ 3-Y 3' Strom geleitet wird, entsteht an der Stelle 41 ausreichende Wärme, um die Ubergangstemperatur des magnetischen Materials des Blattes 40 zu überschreiten. Unter der Wirkung des angelegten Magnetfeldes H werden die magnetischen Bereiche der Stelle 41 zur Speicherung eingestellt.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die einen weiteren Weg zur Wärmezufuhr zwecks Speicherung angibt, ist in den Fig. 4a und 4b gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist das magnetische Material 47 auf einer transparenten leitfähigen Platte 45 befestigt, die mit einem Bezugspotential bei 46 verbunden ist. Mit dem magnetischen Material 47 sind Leiter 48 senkrecht zur Ebene des Speichermediums befestigt. Wenn von der Stromquelle 51 einem gewählten Leiter 48' Strom bestimmter Größe zugeführt wird, erfolgt eine Erhitzung an der Stelle 49. Das Magnetfeld H, in Richtung der Pfeile 50 wirkend, bewirkt dann die Orientierung der magnetischen Bereiche zur Speicherung.

Die erfindungsgemäße kryomagnetische Speichereinrichtung macht also von einem magnetischen Werkstoff Gebrauch, der einen plötzlichen und scharfen Übergang seiner magnetischen Eigenschaften bei bestimmten Temperaturen aufweist. Die zur Temperaturerhöhung über die Sprungtemperatur erforderliche Wärme kann auf verschiedene Weise zugeführt werden; es ist dabei möglich, die Speicherdichte wesentlich höher zu halten als bei bekannten Speichern. Dichten von 15 500 Bits pro Quadratmillimeter sind erreichbar. Die Zugriffszeit liegt in der Größenordnung von einer Mikrosekunde.

Die Erfindung ist bisher beschrieben worden in Zusammenhang mit der Änderung der Koerzitiv-Eigenschaften eines magnetischen Materials. Die Grundsätze der Erfindung können jedoch auch unter Benutzung anderer Parameter verwirklicht werden. So ist es bekannt, daß die Magnetisierung, die Leitfähigkeit, die spezifische Wärme, die Kristallstruktur und die Gitterparameter alle bei Wärmezufuhr eine scharfe Änderung erleiden. Jeder dieser Parameter kann zu Speicherzwecken benutzt werden. Außerdem braucht die äußere physikalische Größe nicht notwendigerweise die Temperatur zu sein; es kann auch Druck, Spannung oder Strahlung ausgewertet werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Speicherung von Binärwerten auf einem gleichförmig vormagnetisierten, Remanenz aufweisenden Werkstoff durch örtlich begrenzte, die magnetischen Eigenschaften ändernde Erwärmung unter gleichzeitiger Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff Eisenoxyduloxyd bei einer Temperatur von etwa 116° K benutzt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturerhöhung mittels zweier sich kreuzender, auf dem magnetischen Werkstoff angebrachter Leitergruppen erfolgt, wobei jeweils die beiden sich an der Speicherstelle kreuzenden Leiter Strom führen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturerhöhung jeweils durch einen stromführenden Leiter bewirkt wird, der an der Speicherstelle senkrecht zum magnetischen Werkstoff verlaufend angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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