DE2154301C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speicherung magnetischer Information in eine Platte
aus einem magnetischen Material, das im wesentlichen der Zusammensetzung FeBO3 entspricht, mittels Erzeugung und Verschiebung magnetischer Blasendomänen
in der in einem Magnetfeld aufgestellten Platte.
Aus I.E.E.E. Transactions on Magnetics, Band 5, Nr. 3,
September 1969, S. 544 bis 555, ist es bekannt, daß magnetische Blasendomänen unter gewissen Bedingungen gebildet werden können, wenn eine Platte aus
magnetischem Material mit einer bevorzugten Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Ebene der Platte in
einem äußeren Vormagnetisierungsfeld angeordnet wird, dessen Richtung gleichfalls zur Ebene der Platte
senkrecht ist. Eine magnetische Blasendomäne bildet sich dann in Form eines lokalisierten Gebietes, in dem
die Magnetisierungsrichtung der Richtung des äußeren Feldes entgegengesetzt ist. Auf diesem Wege erzeugte
magnetische Blasendomänen können auf verschiedene bekannte Weisen durch die Platte verschoben und an
zuvor bestimmten Stellen, z, B, mittels eines auf der Oberfläche der Platte angebrachten Musters aus einem
weichmagnetischen Material, fixiert werden. Die Blasendomänen können zu verschiedenen Stellen in der
Platte mit Hilfe an sich verwickelter Techniken, die sich auf die Anwendung von Magnetfeldern gründen,
verschoben werden (siehe z.B. Electronics, 1. September 1969, S. 83 bis 87).
Aus »Journal of Applied Physics« VoI, 41, Nr, 3, ],M8n? 1970, Seiten 1218 bis 1224, ist es bekannt, für
magnetische Domänen-Verschiebeeinrichtungen als
magnetisches Material FeBO3 zu wählen,
s Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren der oben erwähnten Art zu schaffen, das die Möglichkeit bietet,
die magnetischen Blasendomänen auf eine neue und einfache Weise zu handhaben, d, h. zu verschieben bzw.
zu fixieren.
Das Verfahren zur Speicherung magnetischer Information nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte an einer gewünschten Stelle mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, so daß
eine Blasendomäne entweder an dieser Stelle fixiert
oder von dieser Stelle weg bewegt wird.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß FeBO3
ein Material mit photomagnetischen Eigenschaften ist Hierunter ist ein magnetisierbares Material zu verstehen, bei dem die Bestrahlung mit elektromagnetischer
Strahlung eine Änderung in dem Anisotropiefeld, in der
Koerzitivkraft und/oder insbesondere in der magnetischen Permeabilität hervorruft Diese Erscheinung, die
in der Literatur unter der Bezeichnung photomagnetischer Effekt bekannt geworden ist, wird u. a. in I.E.E.E.
Transactions on Magnetics, September 1969, Band 5, Nr. 3, S. 467 bis 471, beschrieben, wobei es sich dort
insbesondere um polykristallines mit Si dotiertes YIG (Y3Fe3OuSi) und um monokristallines mit Ga dotiertes
CdCr3Se4 (CdCr3Se4IGa) handelt
Eisenborat (FeBO3) ist ein transparentes (gründurchlässiges) ferromagnetisches Material mit einer Vorzugsmagnetisierungsebene. Es hat die Kalzitstruktur und
eine Curietemperatur von 348° K.
»Applied! Physics Letters«, Band 14, Nr. 1111. Juni 1969,
bekannt
Das photomagnetische FeBO3 kann Zusätze oder
Dotierungsstoffe enthalten, durch die es sich besonders gut als Material zur Anwendung bei einem Verfahren
zur Speicherung von Informationen Jcr oben erwähnten Art eignet In diesem Zusammenhang hat sich mit
Mg oder mit Cu dotiertes FeBO3 als besonders geeignet erwiesen.
dungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte verwendet wird, deren magnetische
Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung abnimmt, und durch Bestrahlung einer Stelle
mit elektromagnetischer Strahlung eine sich an dieser
Stelle befindende magnetische Domäne an dieser Stelle
fixiert wird.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß eine Platte verwendet wird, deren magnetische
Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer
Strahlung zunimmt, und durch Bestrahlung einer Stelle mit elektromagnetischer Strahlung eine sich an dieser
Stelle befindende magnetische Domäne von dieser Stelle weg bewegt wird.
Daher besteht einerseits, in Abhängigkeit von den photomagnetischen Eigenschaften des betreffenden
Materials, für eine magnetische Domäne, die sich an einer unbestrahlten Stelle befindet, die Möglichkeit, zu
einer anderen Stelle verschoben zu werden, während
die nicht zu verschiebenden Domänen durch die
Bestrahlung stabilisert sind; andererseits ist es möglich, durch eine andere Wahl des photomagnetischen
Materials gerade die Bewegung einer magnetischen
Domäne mit Hilfe einer elektromagnetischen Strahlung zu bewirken. Vorzugsweise wird ein derartiges Bündel
in Form von Strahlungsimpulsen angewendet.
Obgleich die zur Zeit bekannten photomagnetischen Materialien einen dauernden photomagnetischen Effekt
nur bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen aufweisen, ergibt die Betriebstemperatur bei der
Speicherung von Information nicht unbedingt Schwierigkeiten. Auch wenn der photomagnetische Effekt
nicht dauernd te*, sondern nur eine Zeitdauer von z. B. 1
Millisekunde hat, was für bestimmte Materialien bei Zimmertemperatur der Fall ist, ist diese kurze Zeitdauer
ausreichend, um bestimmte Vorgänge, wie Schaltvorgänge, durchzuführen.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 schematisch eine Platte aus magnetischem Material mit einer magnetischen Domäne,
F i g. 2 eine graphische Darstellung, in der die Energie
E einer Domänenwand über der Stelle der Wand in einer Platte aus nominal reinem FeBCK aufgetragen ist
und
F i g. 3 eine gleiche graphische Darstellung, jedoch für
mit Cu dotiertes FeBO3.
F i g. 1 zeigt eine dünne Platte 1 aus magnetischem Material mit einer bevorzugten Magnetisierungsrichtung
senkrecht zur Platte, wobei sich die Platte in einem äußeren Vormagnetisierungsfeld HB befindet, dessen
Richtung gleichfalls zur Platte senkrecht ist. Die Magnetisierung Ms in der Platte 1 ist im wesentlichen
parallel zur Richtung des Vormagnetisierungsfeldes; in der Platte Platte kann aber eine magnetische Domäne 2
vorhanden sein, innerhalb deren die Richtung des Magnetisierungsfeldes entgegengesetzt ist. Die Domäne
2 wird von einer Domänenwand 3 begrenzt.
Aus den oben angeführten Veröffentlichungen ist es bekannt, wie derartige Domänen erzeugt und durch die
Platte hindurchbewegt werden können, um sie zu bestimmten Stellen zu bringen, wodurch eine Vorrichtung
zur Speicherung von Information erhalten werden kann. Ein Verfahren zum Erhalten bestimmter fester
Stellen besteht z. B. darin, daß auf der Oberfläche der Platte durch Aufdampfen ein Muster aus einem
weichmagnetischen Material angebracht wird. Verschiedene Techniken, bei denen Magnetfelder verwendet
werden, um eine Domäne von einer festen Stelle in die andere zu bewegen, wurden bisher entwickelt.
Dadurch werden Möglichkeiten zum binären Zählen oder zur Informationsspeicherung erhalten. Auch
können magnetische Domänen in einer Schieberegisteranordnung verwendet werden, wobei eine Reihe fester
Stellen vorhanden ist und eine Domäne an dieser Reihe entlang fortbewegt wird.
Fig.2 ist eine graphische Darstellung, die die
Änderung der Energie Eder Domänenwand 3 in einem Schnitt längs der Linie X zeigt, wenn die in Fig. 1
gezeigte Platte 1 an der Stelle Xi mit elektromagnetischer
Strahlung bestrahlt wird. In diesem Falle besteht die Platte aus nominal reinem FeBO3; sie wird aus einem
Einkristall dadurch hergestellt, daß von diesem Einkristall längs einer Ebene, die mit der kristallographischen
C-Ebene einen Winkel einschließt, eine Scheibe abgeschnitten und in diese Scheibe eine maximale
Anisotropie senkrecht zu der Oberfläche eingeführt wird. Letzteres erfolgte im vorliegenden Falle dadurch,
daß die Oberfläche des Kristalls einer Polierbearbeitung unterworfen wurde, wodurch mechanische Spannungen
erzeugt wurden, die die· erforderliche Anisotropie
einführten.
Wenn einmal in der Platte eine magnetische Domäne erzeugt worden ist, kann die von ihrer Wand 3
begrenzte Domäne 2 frei durch die Platte hindurchbe-
wegt werden. Die dazu benötigen magnetischen Kräfte
sind praktisch konstant Wenn ein Lichtbündel aber auf den Punkt X\ der Oberfläche der Platte gerichtet wird,
führt die Bestrahlung an der betreffenden Stelle eine Erhöhung der Domänenwandenergie E herbei, wie mit
ίο der gestrichelten Linie angedeutet ist, was zur Folge hat,
daß sich die Wand zu einer Stelle mit niedriger Energie bewegen wird. Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen,
daß die magnetische Permeabilität von nominal reinem FeBOj bei Bestrahlung mit Licht zunimmt
'5 Bei dem bereits erwähnten aus der Literatur bekannten YIG:Si wird das Auftreten des photomagnetischen
Effekts einer durch Strahlung herbeigeführten Wiederverteilung magnetischer Ionen über ungleichwertige
Gitterstellen im Kristall zugeschrieben. Dementsprechend wird angenommen, daß auch bei FeBOj
an einen Mechanismus zu denk.« ist; der die FeJ+-Giüersie!len ungieichwerlig maci,..
Dieser Mechanismus kann eine Abweichung von der Stöchiometrie sein. Aus einer chemischen Analyse des
bei den oben beschriebenen Versuchen verwendeten Musters ixgab sich z. B, daß das nominal reine FeBO3
einen Sauerstoffmangel aufwies. Eine nicht besetzte Sauerstoffstelle kann eine örtliche Herabsetzung der
Symmetrie in bezug auf zwei benachbarte Fe-Ionen herbeiführen.
Auch das Dotieren des Kristalls mit Fremdionen kann einen derartigen Effekt herbeiführen. In diesem
Zusammenhang sei bemerkt, daß sich herausgestellt hat, daß in mit Cu bzw. mit Mg dotiertem FeBOj bei
Beleuchtung eine Herabsetzung der Permeabilität entsprechend dem bei dem bekannten YIG:Si auftretenden
Effekt erhalten wird. Dagegen wurde gefunden, daß bei dem nicht absichtlich dotierten nominal reinen
FeBOj bei Beleuchtung eine Zunahme der Permeabilität auftritt. Insbesondere bewirkt ein auf ein im Dunkeln auf
77°K abgekühltes Muster einfallendes Lichtbündel mit eine.- Wellenlänge zwischen 0,4 und 1,1 μιτι und einer
Intensität von IO~2 W/cm2 in 10 Sekunden eine
Zunahme der magnetischen Permeabilität von 50%.
Das Ergebnis eines an einem anderen Material als dem anhand der F i g. 3 beschriebenen Beispiel durchgeführten
Versuches ist in Fig.3 dargestellt. In diesem Falle war das Material, aus dem die Platte 1 bestand, mit
Cu dotiertes FeBO3. Bei diesem Material nimmt also die magnetische Permeabilität durch Bestrahlung mit Licht
ab, so daß die Domänenwandenergie fan der Stelle des bestrahlten Punktes X 2 herabgesetzt wird, wie durch
die gestrichelte Linie angedeutet ist. Dadurch wird eine stabile Lage für die Domänenwand erhalten. Magnetfelder,
unter deren Einwirkung sich normalerweise die betreffende Domäne verschieben würde, führen jetzt
nur eine Verschiebung etwaiger benachbarter Domänen herbei. Durch Bestrahlung der ganzen Platte würden die
Stellen bereits in der Platte vorhandener Domänen fixiert werden, während neue Domänen in die Platte
eingeführt und zu den erforderlichen Stellen verschoben werden können.
Es sei noch bemerkt, daß die durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung örtlich herbeigeführten
6J Änderungen der magnetischen Permeabilität durch
Erhitzung des Materials eliminiert, werden können.
Es ist einleuchtend, daß sich die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt und daß im
Rahmen der Erfindung noch Abwandlungen möglich sind. Es können z. B. andere photomagnetische Materialien als FeBCh verwendet werden, um darin magnetische
Domänen zu erzeugen und mit Hilfe von Licht zu manipulieren, d. h. zu fixieren bzw. zu verschieben.
Claims (4)
1. Verfahren zur Speicherung magnetischer Information in eine Platte aus einem magnetischen
Material, das im wesentlichen der Zusammensetzung FeBOj entspricht, mittels Erzeugung und
Verschiebung magnetischer Blasendomänen in der in einem Magnetfeld aufgestellten Platte, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte an
einer gewünschten Stelle mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, so daß eine Blasendomäne
entweder an dieser Stelle fixiert oder von dieser Stelle weg bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte verwendet wird, deren
magnetische Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung abnimmt, und durch
Bestrahlung einer Stelle mit elektromagnetischer Strahlung eir.e sich an dieser Stelle befindende
magnetische Blasendomäne an dieser Stelle fixiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte verwendet wird, deren
magnetische Permeabilität bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung zunimmt, und durch
Bestrahlung einer Stelle mit elektromagnetischer Strahlung eine sich an dieser Stelle befindende
magnetische Blasendomäne von dieser Stelle weg bewegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetisches
Material mit Mg oder mit Cu dotiertes FeBOj verwendet wird.
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