DE2411982A1

DE2411982A1 - Magnetische vorrichtung mit domaenen

Info

Publication number: DE2411982A1
Application number: DE2411982A
Authority: DE
Inventors: Jan Willem Frederik Dorleijn; Willem Frederik Druyvesteyn
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-03-13
Filing date: 1974-03-13
Publication date: 1974-09-19
Also published as: JPS49127536A; FR2221786A1; IT1011564B; FR2221786B1; US3930242A; GB1461604A; DE2411982C3; JPS5315780B2; BE812143A; DE2411982B2; NL7303465A; CA1025114A

Description

Pat.Ass.Dipl.-Ing. Dieter Poddig

Anmelder: ]J.V.Philips-Gloeilampenia'brieken

Akte: PHK 6799 . _PHN.6₇99

Anmeldung vom: 12„3.74 Va/AvdV

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"Magnetische Vorrichtung mit Domänen".

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Vorrichtung mit mindestens einer dünnen Schicht aus einem magnetisierbaren Material, das eine Vorzugsmagnetisationsrichtung nahezu senkrecht zu der Oberfläche der Schicht aufweist, welche Vorrichtung weiter Mittel zum Aufrechterhalten und gegebenenfalls Zerstören magnetischer Domänen in dieser Schicht sowie Mittel zum Bewegen derselben enthält.

Die seltenen Erd- und Yttrium-Orthoferrite und bestimmte Ferrite mit Granatstruktur sind Beispiele

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von für diesen Zweck brauchbaren Materialien. Die Materialien weisen eine Vorzugsmagnetisations— richtung infolge einer ihnen eigenen einachsigen Anisotropie auf. Diese einachsige Anisotropie kann durch ein sogenanntes einachsiges Anisotropiefeld gekennzeichnet werden. Als Mittel zum Aufrechterhalten und gegebenenfalls Zerstören der magnetischen Domänen in Plättchen aus den genannten Materialien wird ein äusseres Magnetfeld H verwendet, dessen Richtung wenigstens im wesentlichen mit der genannten Vorzugsmagnetisationsrichtung des Plättchens zusammenfällt. Die magnetischen Domänen sind z.B. kreiszylindrisch gestaltet und diese können nur bei Magnetfeldern H mit einer zwischen bestimmten Grenzen liegenden Stärke in einer stabilen Form bestehen. Diese Grenzwerte für das Feld sind. u.a. von der Dicke der Platte, in der die Domänen auftreten, und von der chemischen Zusammensetzung derselben abhängig. Auch können die Domänen ring— oder streifenförmig sein.

Es wurden bereits vielerlei Vorschläge zur Ausnutzung derartiger Domänen gemacht. Dabei ist es in vielen Fällen von wesentlichen Bedeutung, dass eine Domäne zu einem gewissen Zeitpunkt eine feste Lage in der Schicht einnimmt und dann unter dem Einfluss bestimmter treibender Kräfte zu einer anderen festen Lage befördert wird. Es ist bekannt, dass diese

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treibenden Kräfte mit Hilfe auf der Schicht angebrachter Domänenleitungsstrukturen unter Verwendung eines Magnetfeldes, eines elektrischen Stroms oder von Licht hervorgerufen werden können. Die Bewegungsrichtung der Domänen wird dabei in erster Linie durch die Form der Domänenleitungsstrukturen bestimmt. Je nach der Forjn der Domänenle itungs strukturen wird z.B. ein in der Ebene der Schicht rotierendes Magnetfeld oder ein senkrecht zu der Ebene der Schicht variierendes Magnetfeld verwendet.

Diese bekannten Vorrichtungen haben den

Nachteil, dass die Bewegungsrichtung der Domänen durch die Form der Domänenleitungsstrukturen bestimmt wird, so dass sich die Domänen nur in bestimmten Richtungen durch ein Plättchen bewegen können.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht mit einer Domänenpositionierungsstruktur versenen ist und dass ausserdem Mittel, zum Erzeugen eines nahezu in der Ebene der Schicht liegenden, seine Richtung nicht ändernden Magnetfeldes vorhanden sind, durch das an bestimmten Stellen der Schicht parallel zur Achse des Magnetfeldes eine Domäne von einem ersten Element der Domänenpositionierungsstruktur zu einem zweiten Element derselben bewegt wird. Unter einer Domänenpositionierungsstruktur ist eine Struktur zu verstehen, die in erster Linie die festen

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Lagen in der Schicht bestimmt, die von den Domänen eingenommen werden können. In diesem Falie wird die Bewegungsrichtung bestimmter Domänen von der Richtung des Magnetfeldes vorgeschrieben, so dass, im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen, eine viel grössere Freiheit in der Bewegung der Domänen erzielt wird.

Die Grosse des Magnetfeldes in der Ebene der Schicht, das für die Fortbewegung der Domänen benötigt wird, ist von der Grosse des einachsigen Anisotropiefeldes abhängig; dieses Magnetfeld, ist etwa gleich dem 0,1- bis 0,8-fachen dieses Anxsotropiefeldes. Um die Anwendung einfach zu erhaltender Magnetfelder zu ermöglichen, ist die Grosse des einachsigen Anisotropiefeldes H, des magnetisierbaren Materials vorzugsweise kleiner als 300 Oe.

Die Grosse des Magnetfeldes in der Ebene der Schicht bestimmt die Abmessungen einer Domäne und in gewissen Fällen auch die Form einer Domäne. Diese Tatsache wird z.B. in Zusammenarbeit mit der Domänenpositionierungsstruktur bei der Fortbewegung der Domänen benutzt. Wenn auf Grund der Domänenpositionierungsstruktur für eine bestimmte Domäne eine Anzahl Bewegungsrichtungen möglich ist, bestimmt das Feld, in welcher dieser Richtungen sich die Domäne bewegt. Bei bekannten Vorrichtungen, in denen auf Grund einer auf der Schicht vorhandenen Struktur eine Anzahl

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Bewegungsrichtungen möglich ist, sind neben einem Magnetfeld zur Fortbewegung von Domänen stets zusätzliche Mittel zur Bestimmung der Richtung der Bewegung erförderlich. Derartige zusätzliche Mittel, z.B. Stromschleifen, bringen jedoch im Zusammenhang mit ihrem dauernden Charakter eine Beschränkung in bezug auf die Freiheit von Bewegungsrichtungen mit sich. In einem anderen Falle wird der Drehsinn des rotierenden Feldes zur Fortbewegung von Domänen zu diesem Zweck benutzt, aber dies ist nur bei einem bestimmten Aufbau der Domänenleitungsstruktur möglich, Bei der Vorrichtung nach der Erfindung bleibt der Drehsinn des rotierenden Feldes unverändert.

• Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben» Es zeigen:

Fig. 1 eine magnetische Vorrichtung mit einer bestimmten Domänenleitungsstruktur,

Figuren 2, 3, h und 5 einen bestimmten Teil der Vorrichtungen nach Fig. 1,

Figuren 6 und 7 auch diesen bestimmten Teil der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 8 eine magnetische Vorrichtung mit einer anderen Domänenleitungsstruktur, und

Fig. 9 eine magnetische Vorrichtung mit einer noch anderen Domänenleitungsstruktur.

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Fig. 1 zeigt einen Teil eines Plättchens 1 aus einem magnetisierbaren Material, auf der eine T-Stab-Struktur 2 aus Permalloy vorhanden ist, die aus einer T-Stab-Struktur 2a mit Polen 4, 5, 6 und 7 und einer längs eines Teiles der Struktur 2d zu dieser parallel verlaufenden T-Stab-Struktur 2b mit Polen 4«, 5', 6* und 7¹ besteht. Mit Hilfe eines Magnetfeldes

H . das in der Ebene des Plattchens 1 rotiert (vend. rot,

von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugt wird), ist eine magnetische Domäne 3 längs der Struktur 2a, und zwar längs der mit 4, 5» 6, 7» 4, 5> ... bezeichneten Pole, verschiebbar. Zu einem gewissen Zeitpunkt befindet sich auf dem Pol 7 bei 8 eine Domäne 9* wie in Fig. 2 dargestellt ist, in der auch die Richtung und die Grosse des Feldes H angegeben sind. Wenn ein zusätzliches, von einer nie! irgestellten Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld H angelegt wird, das von diesem Pol 7 zu dem in der unmittelbaren Nähe liegenden Pol 4· in der Struktur 2b gerichtet ist, breitet sich die Domäne 9 von diesem Pol 7 zu dem Pol 4' aus (siehe Fig.3)· Das Feld H wird aufrechterhalten,

bis das Feld H , über 90° rotiert ist, wodurch die rot '

Form der Domäne 9 sich etwas ändert (siehe Fig.4)_a Dann wird das Feld H ausgeschaltet und die Domäne 9 befindet sich auf diesem Pol 4¹ (siehe Fig.5)» Anschlxessend verschiebt sich die Domäne weiter· unter

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dem Einfluss des Feldes H , längs der Pole 5¹, -6¹, 7', V, 5'... der Struktur 2b. Wenn zu dem Zeitpunkt, zu dem sich eine Domäne auf dem Pol 7 bei 8 befindet, kein zusätzliches Magnetfeld angelegt wird, das von diesem Pol 7 zu dem in der Nähe liegenden Pol 4¹ in der Struktur 2b gerichtet ist, verschiebt sich die Domäne unter dem Einfluss des Feldes H_rot weiter längs der Pole k, 5, 6, 7, U, 5,..

der Struktur 2a. Dies ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt, wobei Fig. 6 der Situation nach den Figuren 2 und 3 entspricht, während Fig. 7 der Situation nach den Figuren k und 5 entspricht. Die beiden Pole k und 4', die in der Nähe des Poles 7 bei 8 liegen, bestimmen je eine bestimmte Lage, die von einer Domäne eingenommen werden kann, während unter dem Einfluss des genannten Feldes in der Ebene des Plättchens sich eine Domäne von der Struktur 2a zu der Struktur 2b verschiebt. In einem praktischen Beispiel besteht das Plättchen aus Y₀ ^Gd-. _oPb_ .Fe. J₃Ga₁ r,0_1o und weist

<t ,O Ό, J U, I _},o 1 , «^ It

eine Dicke von 6 /um auf. Dieses Material weist ein einachsiges Anisotropiefeld von 915 Oe auf, während die Sättigungsmagnetisation 2k Gauss beträgt. Die Grosse des Feldes H zum Aufrechterhalten der Domänen beträgt 200 Oe und des Feldes H 20 Oe. Die Fortbewegung einer Domäne von der Struktur 2a zu der Struktur 2b erfolgt mit einem Feld von 180 Oe. Bei einem anderen

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Beispiel besteht das Plättchen aus Y_ ^_oGd_ „„Fei ~_o

2,Do OjJd 4, Oo

Ga_ _no0_1o und weist eine Dicke von 8 /um auf. Dieses Material weist ein einachsiges Anisotropiefeld von 183 Oe auf, während die Sättigungsmagnetisation 22,2 Gauss beträgt. Die Grosse des Feldes H_q beträgt 210 Oe und des Feldes H , 20 Oe. Die Fortbewegung einer Domäne von der Struktur 2a zu der Struktur 2b erfolgt mit einem Feld H von 54 Oe.

Fig. 8 zeigt einen Teil eines Plättchens 11 aus einem magnetisierbaren Material, auf dem T-Stab-Strukturen 12, I3 und 14 aus Permalloy ,vorhanden sind. Die T-Stab-Struktur 12 enthält Pole I5, 16, 17 und 18; die T-Stab-Struktur 13 enthält Pole 20, 21, 22 und 23; die T-Stab-Struktur 14 enthält Pole 20«, 21·, 22' und 23', Weiter ist noch ein Permalloyrechteck 19 vorhanden. Mit Hilfe eines von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugten Magnetfeldes H ., das in der Ebene des Plättchens 11 rotiert, ist eine magnetische Domäne 24 längs der Struktur 12, und zwar längs der mit 15»16,17, 18, 15··· bezeichneten Pole, verschiebbar. Dan verschiebt sich die Domäne zu dem Permalloyrechteck 19> aber eine weitere Verschiebung mit Hilfe des Feldes H , ist nicht

rot

möglich. Wenn ein von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld angelegt wird, das von der Struktur 13 zu dem Rechteck 19 gerichtet ist, breitet sich die Domäne zu dem Pol 20 aus.

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Das zusätzliche Feld wird ausgeschaltet und die Domäne verschiebt sich zu dem Pol 20, wonach sie sich unter dem Einfluss des Feldes H , weiter längs der Struktur

rot

13, und zwar längs der mit 21, 22, 23, 20, 21... bezeichneten Pole, verschiebt. ¥ird jedoch zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Domäne auf dem Rechteck 19 befindet, ein von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld angelegt, das von der Struktur i4 zu sem Rechteck 19 gerichtet ist, so breitet sich die Domäne zu dem Pol 20' aus. Das zusätzliche Feld wird ausgeschaltet und die Domäne verschiebt sich zu dem Pol 20', wonach sie sich unter dem Einfluss des Feldes H , weiter längs der Struktur 14, und zwar längs der Pole 21', 22', 23', 20', 2=1'... verschiebt. Die beiden in der Nähe des Rechtecks 19 liegenden Pole 20 und 20' bestimmen je eine feste Lage, die von einer Domäne eingenommen werden kann, während unter dem Einfluss eines in der Ebene des Plättchens 11 erzeugten Magnetfeldes sich eine Domäne von dem Rechteck 19 entweder zu dem Pol 20 oder zu dem Pol 20' verschiebt.

In Fig. 9 ist ein Teil eines Plättchens 31 aus einem magnetisierbarer! Material dargestellt, auf der Fischgrätenstrukturen 32, 33 und 3^ aus Permalloy vorhanden sind. Eine magnetische Domäne 35·wird sich infolge eines senkrecht zu der Ebene des Plättchens 31 variierenden Magnetfeldes längs der Struktur 32 zu

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dem Quadrat "}6 verschieben, aber eine weitere Verschiebung mit Hilfe dieses Magnetfeldes ist nicht möglich. Wenn ein von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld angelegt wird, das von dem Quadrat 36 zu der Struktur 33 gerichtet ist, breitet sich die Domäne zu 37 aus. Das zusätzliche Feld wird ausgeschaltet und die Domäne verschiebt sich zu 37» wonach sie sich unter dem Einfluss des variierenden Magnetfeldes weiter längs der Struktur verschiebt. Wenn jedoch zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Domäne auf dem Quadrat 36„.beiindet, ein von einer nicht dargestellten Vorrichtung erzeugtes Magnetfeld angelegt wird, das von dem Quadrat 36 zu der Struktur 3^ gerichtet ist, breitet sich die Domäne zu 37' aus. Das zusätzliche Feld wird ausgeschaltet und die Domäne verschiebt sich zu 37'> wonach sie sich unter dem Einfluss des variierenden Magnetfeldes weiter längs der Struktur 3k verschiebt. Die Dreiecke 37 und 37' bestimmen je eine feste Lage, die von einer Domäne eingenommen werden kann, während unter dem Einfluss eines in der Ebene des Plättchens 31 erzeugten Magnetfeldes eine Domäne sich von dem Quadrat 36 entweder zu dem Dreieck 37 oder zu dem Dreieck 37' verschiebt.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

Magnetische Vorrichtung mit mindestens einer dünnen Schicht aus einem magnetisierbaren Material, das eine Vorzugsmagnetisationsrichtung nahezu senkrecht zu der Oberfläche der Schicht aufweist, welche Vorrichtung weiter Mittel zum Aufrechterhalten und gegebenenfalls Zerstören magnetischer Domänen sowie Mittel zum Bewegen derselben enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht mit einer Domänenpositionierungsstruktur versehen ist und dass ausserdem Mittel zum Erzeugen eines nahezu in der Ebene der Schiclit liegenden, seine Richtung nicht ändernden Magnetfeldes vorhanden sind, durch das an bestimmten Stellen der Schicht parallel zur Achse des Magnetfeldes eine Domäne von einem ersten Element der Domänenpositionierungsstruktur zu einem zweiten Element derselben bewegt wird.
2. Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grosse des einachsigen Anisotropiefeldes H, des magnetisierbaren Materials kleiner als 300 Oe ist.

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