JPS5951121B2 - Cylindrical domain material - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、円筒磁区素子用ガーネット材料において、カ
リウムの代りにゲルマニウムまたはシリコンを使いその
イオン価数を補償するために希土類イオン位置に＋２価
の陽イオン（Ｃａ）を入れた材料の中で、希土類イオン
としてＳｍイオン、Ｔｍイオンを含み、それぞれの濃度
ｙ、ｚがそれぞれ０．１５≦ｙ≦０．３、０．２≦ｚ≦
０．６であり、またＣａ濃度Ｘが０．６≦Ｘ≦０．９５
である円筒磁区材料に関するものである。Detailed Description of the Invention The present invention uses germanium or silicon instead of potassium in a garnet material for a cylindrical magnetic domain element, and in order to compensate for the ion valence, a +2-valent cation (Ca) is added to the rare earth ion position. Among the materials put in, Sm ions and Tm ions are included as rare earth ions, and the respective concentrations y and z are 0.15≦y≦0.3 and 0.2≦z≦, respectively.
0.6, and Ca concentration X is 0.6≦X≦0.95
This relates to a cylindrical magnetic domain material.

現在円筒磁区素子は情報処理産業に新しい局面を開く可
能性を有する素子として注目されている。Currently, cylindrical magnetic domain elements are attracting attention as elements that have the potential to open up a new phase in the information processing industry.

しかし、今後この素子が大きく発展するためには材料の
一層の開発が望まれている。まず、ビット密度を高くす
ることが重要になつてきた。その結果として複合希土類
鉄ガーネットが注目されてきた。これらのガーネットで
はバブルの移動速度を高くするために希土類イオン濃度
は必要最小限に抑えている。必要最小限の量はバブルの
安定性を決める一軸磁気異方性エネルギーの限界値に関
係する。バブル径はその材料の特性長（１）によつて規
定される。ｌは磁壁エネルギー密度（σｗ）と飽和磁化
（Ｍｓ）を使つて、を＝−２（１） ４πＭｏ と表わせる。However, in order for this device to develop significantly in the future, further development of materials is desired. First, it has become important to increase bit density. As a result, composite rare earth iron garnets have attracted attention. In these garnets, the rare earth ion concentration is kept to the minimum necessary to increase the bubble movement speed. The minimum required amount is related to the limit value of the uniaxial magnetic anisotropy energy that determines the stability of the bubble. The bubble diameter is defined by the characteristic length (1) of the material. l can be expressed as = -2(1) 4πMo using domain wall energy density (σw) and saturation magnetization (Ms).

山式からバブル径が小さい材料を作るためには、ｌを小
さくしなければならない。そのためには材料の４πＭｓ
を大きくするか、またはσｗを小さくしなければならな
い。さらにバブル材料になるための条件は一軸磁気異方
性磁場（Ｈｋ）と４πＭｓその同にＨｋ＞４πＭｓが充
されなければなちない。即ち次式で決められるｑ値を１
より大きくしなければならない。In order to create a material with a small bubble diameter from the mountain type, l must be made small. For this purpose, the material's 4πMs
must be increased or σw must be decreased. Furthermore, the conditions for becoming a bubble material include a uniaxial magnetic anisotropy field (Hk), 4πMs, and Hk>4πMs. In other words, the q value determined by the following formula is 1
It has to be bigger.

ｑ＝−（２ ）πＭｓ 現在バブル径をなるべく小さくしてビット密度をフ高く
することは量産、コスト等の点から肝要になつてきてい
る。q=-(2)πMs Currently, it is becoming important to increase the bit density by making the bubble diameter as small as possible from the viewpoint of mass production, cost, etc.

バブル径を小さくした場合のバブルの安定性をよくする
ための条件として以下の３点を考えなければならない。The following three points must be considered as conditions for improving bubble stability when the bubble diameter is reduced.

丁（ａ）特性長（１）と磁壁の巾（ｌｗ）との比が現在
の８μｍバブル材料と同じにとれること。(a) The ratio of the characteristic length (1) to the domain wall width (lw) should be the same as the current 8 μm bubble material.

つまり、ｑ≧３．５になること。（ｂ）バブル径として
８１ととると、８１＜３．０μｍであること。In other words, q≧3.5. (b) If 81 is taken as the bubble diameter, 81<3.0 μm.

（ｃ）駆動磁場（Ｈｒ）をできるだけ小さい値にするた
めに４πＭｓはできるだけ小さくすること。(c) 4πMs should be made as small as possible in order to make the driving magnetic field (Hr) as small as possible.

１１．ｑ値の関係は ｌ＝（２Ａ／πＭミ）”←”ｑ”←” （３）となる。11. The relationship between q value is l=(2A/πMmi)”←”q”←” (3).

Ａは交換相互作用定数で、ここでは２×１０−７Ｅｒｇ
／Ｃｍとおいている。A is the exchange interaction constant, here 2×10-7Erg
/Cm.

そうすると、ｑ≧３．５および８１＝バブル径なる条件
を充すように材料特性を決めていくと、バブル径を小さ
くするほど４πＭｓを大きくしなければならない。例え
ば３μｍバブルにすると４πＭｓは２５０ガウス以上に
しなければならない。このように４πＭｓを高くしてい
くと、バブル消失磁場（ＨｃＯｌ）も高くなつてくる。
バブル径が大きいときの材料と同じ元素を含む材料で４
πＭｓだけを高くしていくと、それに従つて材料のキユ
リー温度も高くなる。このような傾向は、素子として組
立てられたとき素子性能の温度特性に大きな影響をもつ
てくる。Then, when material properties are determined so as to satisfy the conditions q≧3.5 and 81=bubble diameter, the smaller the bubble diameter is, the larger 4πMs must be. For example, for a 3 μm bubble, 4πMs must be 250 Gauss or more. As 4πMs is increased in this way, the bubble disappearance magnetic field (HcOl) also becomes higher.
4 with a material containing the same elements as the material when the bubble diameter is large.
When only πMs is increased, the Curie temperature of the material also increases accordingly. Such a tendency has a great influence on the temperature characteristics of device performance when assembled as a device.

現在、素子に使うバイアス磁場用強磁性体としてバリウ
ムフエライトが考えられているが、これの残留フラツク
ス密度（Ｂｒ）の温度係数は室温付近でその変化の様子
は１００℃付近までの範囲．に亘つて直線的であること
が知られている。従つてバブルの消失磁場（ＨｃＯｌ）
の温度条件も−０．１９％／Ｄｅｇになつていることが
材料に対する一つの要請とされている。しかし、上述の
ような材料におけるバブル径と４πＭｓとの関係はバブ
ル消．失磁場の温度依存にバブル径依存をもたらしてく
る。このバブル径依存は非希土類イオンを主成分とした
ガーネツトにおいては０℃〜１００℃の温度範囲でバブ
ル径が小さくなるほど温度特性は悪くなる。例えば、３
μｍバブル径材料についていえＳば、４ｆ殻に７個以上
の電子がつまつている希土類イオンをつかうことなしに
、バブル消失磁場の温度特性が室温付近で−０．１９％
／Ｄｅｇであり、ｏ℃から１００℃付近までの温度範囲
に亘つてその変化の様子が直線的になつている材料を得
ることは難しかつた。本発明は以上の点を考慮し、希土
類イオンの中の４ｆ殻に１２個の電子をもつツリウムイ
オンを使うことによつて７μｍバブル以下の微小バブル
において室温付近でバブル消失磁場（ＨｃＯｌ）の温度
特性が−０．１９％／Ｄｅｇでかつ、ＨｃＯｌの温度変
化が０℃から９０℃付近までの温度範囲で直線的になつ
た材料を提供するものである。Currently, barium ferrite is being considered as a ferromagnetic material for bias magnetic fields used in devices, but the temperature coefficient of its residual flux density (Br) is around room temperature, and its change is in the range up to around 100°C. It is known that it is linear over . Therefore, the bubble's vanishing magnetic field (HcOl)
One of the requirements for the material is that the temperature condition is -0.19%/Deg. However, the relationship between the bubble diameter and 4πMs in the above-mentioned materials is based on bubble extinction. This brings about the bubble diameter dependence on the temperature dependence of the demagnetizing field. This dependence on bubble diameter is such that in a garnet containing non-rare earth ions as a main component, the temperature characteristics become worse as the bubble diameter becomes smaller in the temperature range of 0 DEG C. to 100 DEG C. For example, 3
Regarding μm bubble diameter materials, in the case of S, the temperature characteristic of the bubble disappearance magnetic field is -0.19% near room temperature without using rare earth ions with 7 or more electrons packed in the 4f shell.
/Deg, and it has been difficult to obtain a material whose change is linear over the temperature range from 0°C to around 100°C. In consideration of the above points, the present invention uses a thulium ion with 12 electrons in the 4F shell among rare earth ions to generate a bubble extinguishing magnetic field (HcOl) temperature near room temperature in a micro bubble of 7 μm or less. The present invention provides a material having characteristics of -0.19%/Deg and in which the temperature change of HcOl is linear in the temperature range from 0°C to around 90°C.

以下実施例により詳細に説明する。第１図は、Ｙ３−Ｘ
−ｙ−ＺＣａＸＳｍｙＴｍＺ，Ｆｅ５−ＸＧｅＸＯｌ２
ガーネツトで作つた７μｍバブル４μｍバブルおよび２
μｍバブルのバブル消失磁場ＨｃＯｌの温度依存を示し
ている。This will be explained in detail below using examples. Figure 1 shows Y3-X
-y-ZCaXSmyTmZ, Fe5-XGeXOl2
7μm bubble made of garnet 4μm bubble and 2
It shows the temperature dependence of the bubble disappearance magnetic field HcOl of μm bubbles.

第１図の１，２，３がそれぞれ７μｍバブル、４μｍバ
ブルおよび２μｍバブルに対する測定結果である。これ
らの材料におけるｚはそれぞれ０．３、０．４および０
．５５であつた。バブル径を小さくするにつれてｚを大
きくしなければならないのは材料のキユリー温度が上昇
することと関係がある。なお、ｙは０．２５に固定して
いる。Ｘは、バブル径が大きくなるにつれて大きくなつ
ており、０．８≦Ｘ＜０．９の範囲にある。これらの３
つの材料でＨｃＯｌの温度特性は室温付近でそれぞれ−
０．１８、−０．１９、−０．１９％／Ｄｅｇとなり、
かつ、０．℃から９０℃付近までの温度範囲でＨｃＯｌ
の変化はほぼ直線になるものが得られた。このように膜
中のＧｅ量を変えて材料の４πＭｓを調整し、かつ、ツ
リウムイオン置換量を調整することにより、温度特性を
バイヤス磁場用バリウムフエライトの残留磁束密度（Ｂ
ｒ）の温度特性に合せた材料で、バブル径が７μｍから
２μｍまでのバブル素子用エピタキシヤルガーネツト膜
を提示している。エピキタシヤル膜は希土類ガーネツト
膜の成長に使われているのと同じデツピング法を用いた
液相エピキタシヤル法で作つた。1, 2, and 3 in FIG. 1 are the measurement results for 7 μm bubbles, 4 μm bubbles, and 2 μm bubbles, respectively. z in these materials is 0.3, 0.4 and 0 respectively
．． It was 55. The reason why z must be increased as the bubble diameter is decreased is related to the increase in the Curie temperature of the material. Note that y is fixed at 0.25. X increases as the bubble diameter increases, and is in the range of 0.8≦X<0.9. These 3
The temperature characteristics of HcOl for the two materials are - around room temperature, respectively.
0.18, -0.19, -0.19%/Deg,
And 0. HcOl in the temperature range from ℃ to around 90℃
The change in was almost linear. By changing the amount of Ge in the film to adjust the 4πMs of the material and adjusting the amount of thulium ion replacement, the temperature characteristics can be adjusted to the residual magnetic flux density (B) of barium ferrite for bias magnetic fields.
We present epitaxial garnet films for bubble devices with bubble diameters from 7 μm to 2 μm, which are made of materials tailored to the temperature characteristics of r). The epitaxial film was fabricated using a liquid phase epitaxial method using the same depping method used to grow rare earth garnet films.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 一般式Ｙ＿３＿−＿ｘ＿−＿ｙ＿−＿ｚＣａ＿ｘＳ
ｍ＿ｙＴｍ＿ｚＦｅ＿５＿−＿ｘＭ＿ｘＯ＿１＿２（Ｍ
はＳｉまたはＧｅ、）で示される円筒磁区素子用ガーネ
ットエピタキシャル膜においてサマリウム（Ｓｍ）の濃
度ｙが０．１５≦ｙ≦０．３、ツリウム（Ｔｍ）の濃度
ｚが０．２≦ｚ≦０．６であり、カルシウム（Ｃａ）お
よびゲルマニウム（Ｇｅ）またはシリコン（Ｓｉ）の濃
度ｘが０．６≦ｘ≦０．９５であることを特徴とする円
筒磁区材料。1 General formula Y_3_-_x_-_y_-_zCa_xS
m_yTm_zFe_5_-_xM_xO_1_2(M
In the garnet epitaxial film for a cylindrical magnetic domain element represented by Si or Ge, the concentration y of samarium (Sm) is 0.15≦y≦0.3, and the concentration z of thulium (Tm) is 0.2≦z≦0. .6, and the concentration x of calcium (Ca) and germanium (Ge) or silicon (Si) is 0.6≦x≦0.95.