Патент ссср 411692

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕН ЙЯ

К ПАТЕНТУ,1ф4 Ы

Ф

Зависимый от патента №вЂ”

М. Кл, G lс ll/14

Заявлено 27.111,1968 (№ 1228545/18-24)

Приоритет 29.Ш.1967, № 100738, Франция

Государственный комитет

Совета о1инистроа СССР

Ro делам иэооретений и открытий

УДК 681.327.66(088,8) Опубликовано 15.1.1974. Бюллетень № 2

Дата опубликования описания 20.V.1974

Авторы изобретения

Жан Вален и Жан Клод Брюйер (Франция) Иностранные фирмы

«Сантр Насиональ де ля Решерш Съянтифик» и «Сосьете д Электроник э д Отоматизм, А. О.» (Франция) Заявители

МАГНИТНЫЙ ЗАПОМИНАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ

Изобретение относится к магнитным структурам из тонких пленок с одноосной анизотропией и с почти прямоугольным циклом гистерезиса в направлении оси анизотропии, а также к запоминающим устройствам для хранения двоичной информации, выполненным за счет сочетания этих структур с устройствами записи и считывания такой информации.

Предметом изобретения являются запоминающие двоичную информацию устройства, в магнитных структурах которых, состоящих из тонких пленок, циклы гистерезиса могут подвергаться боковому смещению в том или другом направлении оси анизотропии, или оси легкого намагничивания, что обеспечивает селективное и, конечно, локализованное приведение этих структур в то или другое из двух состояний, которым можно тогда условно присвоить численные обозначения 0 и 1. Такое кондиционирование структур является постоянным ввиду того, что считывающее устройство его не уничтожает. В с.пучае необходимости его можно изменять путем специального устройства стирания и повторной записи, вследствие чего такие запоминающие устройства можно назвать полупостоянными, Предлагаемый элемент отличается тем, что включает магнитную структуру из тонких пленок, содержащую в условиях магнитного взаимодействия не менее одной ферромагнитной пленки и одной антиферромагнитной пленки

В одном варианте выполнения такой структуры эти пленки устанавливаются в непосредственном контакте друг с другом. В другом варианте выполнения пленки устанав.пиваются тр с промежуточной прокладкой очень тонкой пленки из немагнитного материала.

Термин «тонкая пленка» обозначает порядок толщины, колеблющийся в преде,пах от нескольких сот до нескольких тысяч ангстрем, причем «очень тонкая» пленка имеет в таком случае меньшую относительную толщину.

Основная структура, содержащая как ферромагнитную, так и антиферромагнитную пленки, может быть дополнена другой ферро2р магнитной пленкой, соединяющейся с ферромагнитной пленкой основной структуры. Такое соединение обеспечивается прокладкой между двумя ферромагнитными пленками очень тонкой металлической и

25 пленки, например неферромагнитной пленки, но не ограничительно, из серебра, индия, хрома,марганца, палладия или платины.

Принимая Во Внимание, что речь идет о полупостоянных запоминающих устройствах, устройство записи двоичной информации, каким бы olio ни было, должно быть предпочтительно отдельным от структуры из топких пленок. Это устройство не включено в «продукт эксплуатации», каким является всякое, соответствующее изобретению запоминающее устройство. Считывающее устройство, напротив, является неотъемлемой его частью либо в виде сети проводников для считывания, либо в виде электронно-оптического щупа (или щупов).

На фиг. lа представлены нормальный цикл гистерезиса по направлению легкого намагничивания пленки или магнитной структуры из тонких пленок; на фиг. lб — цикл гистерезиса, смещенный влево; на фиг. l в — цикл гистерезиса, смещенный вправо; на фиг. 2 и 3— два варианта выполнения структур запоминающего элемента из топких ферромагнитных и антиферромагнитных пленок одноосной анизотропии; на фиг. 4 — пример такой структуры, дополненной второй ферромагнитной пленкой, соединяющейся с пленкой основной структуры, взятой как пример, в виде варианта выполнения по фиг. 2; на фиг. 5 — распределение магнитных моментов в ферромагнитной пленке одпоосной анизотропии; на фиг. б— распределение магнитных моментов в антиферромагнитной пленке одноосной анизотропии; на фиг, 7 и 8 — распределение магнитных моментов в двух соединяющихся ферромагнитной и антиферромагнитпой пленках одноосной анизотропии в зависимости от ориентации, приданной этим моментам в ферромагнитной пленке при записи в памяти; ца фиг.

9 — неограничительный пример выполнения полупостоянного запоминающего устройства с сетями проводников для считывания; на фиг. 10 и 11 — схемы проводников для считывания; на фиг. 12 — вариант, изображающий полупостоянное запоминающее устройство, в котором считывание производится оптикоэлектропным щупом; на фиг. 13, 14, 15 — графики, дополнительно разьясняющие работу запоминающих элементов.

На диаграмме цикла (см. фиг. la — lв) ось ординат изображает индукцию В, а ось абцисс — магнитное поле Н в направлении легкого намагничивания. Е огда структура памяти уже «написана», то двоичные цифры в ней представлены магнитными состояниями, соответствующими одной из пар циклов гистерезиса в зависимости от кондиционирования, приданного магнитной структуре для записи двух цифр 0 и 1.

Для этого используется соединение, устанавливаемое между антиферромагнитной пленкой 1 (см. фиг. 2 и 4 или фиг. 12) и ферромагнитной пленкой 2. Пленки 1 и 2 находятся в непосредственном контакте (хотя и инверсированном) по отношению к диэлектрическому основанию 3. Пленки 1 и 2 взаимодействуют через посредство промежуточной

15 го

65 очень тонкой пленки 4 из немагпитного эле1 тропроводпого материала (толщина пленки 4 составляет, например, величину порядка нео скольких десятков Л). Структура (см. фиг. 4) дополнена второй ферромагнитной пленкой 5, соединяющейся с пленкой 2 посредством более тонкой пленки 6 из неферромагнитного металла.

Как известно, в насыщенном в одном направлении ферромагнитном веществе магнитные моменты, связанные с атомами, расположены все параллельно в результате наличия молекулярного поля значения нескольких миллионов гаусс. Между двумя соседними атомами образуется, таким образом, положительное обменное взаимодействие (см. фиг. 5). .Известно также, что в антиферромагнитной структуре обменное взаимодействие для такого же условия является отрицательным: если вещество разделить на плоские сети, в которых расположены атомы одинакового характера, магнитные моменты выстраиваются параллельно друг к другу в каждой плоскости, но с периодическим реверсированием направленности намагничивания от сети к сети (см. фиг. б). Одним из свойств этих антиферромагпитных веществ является устойчивость их магнитного состояния, которое изменяется только после того, как образец данного вещества достигает температуры, по меньшей мере равной значению, характерному для его состава, которая вызывается температурой разупорядоченности и которая является одним из свойств этих веществ в состоянии массы.

Структуру, ферромагнитная пленка которой в результате своей собственной структуры обладает осью легкого намагничивания по известному принципу, доводят до температуры разупорядоченности антиферромагнитного материала в присутствии внешнего магнитного поля, действующего на обе пленки и ориентированпого по одному из направлений указанной оси легкого намагничивания. При охлаждении всей структуры в присутствии этого магнитного поля в распределении магнитных моментов антиферромагпитного вещества устанавливается ориентация такая, что в плоской сети этого вещества, находящегося в контакте с ферромагнитной пленкой, магнитные моменты выравниваются в направлении намагничивания ферромагнитного материала, находящегося под действием внешнего поля. акое состояние иллюстрируется фиг. 7 и 8 для двух обратных направлений действующего внешнего магнитного поля. Магнитное состояние антиферромагнитной пленки остается стационарным при любой температуре, не достигающей температуры разупорядоченности, причем вследствие сильного взаимодействия между двумя пленками ферромагнитный материал сохраняет во всей своей толще память поверхностного магнитного состояния антиферромагнитной пленки.

411692

7 рого обратно направлению в подстилающей ферромагнитной пленке.

При прекрашении тока I,„íàìàãèè÷èâàíèå точки памяти в ферромагнитной пленке переходит на свою начальную направленность, так как эта операция происходит при температуре, не достигающей температуры разупорядоченности антиферромагнитной пленки, соединяющейся в этом месте с ферромагнитной пленкой. Антиферромагнитная пленка, следовательно, не повлияла на ориентацию магнитных моментов в своей сети, находящейсл в контакте с ферромагнитной пленкой, н поэтому намагничивание всей точки памяти переходит на эту ориентацию.

Ток, снятый с любого проводника 8, зависит от угла вращения намагниченности ферромагнитной пленки, подстилающей точку памяти под действием полл «слова» Н„, значения несколько большего или равного Hi,.

Для этой несоединенной ферромагнитной пленки угол вращения равен 90, а ток, снимаемый с проводника 8 в качестве сигнала считывания, является максимальным. В данном случае цикл, описываемый намагничиванием во время операции считывания, изображен на фиг. 13в линиями ОАС.

Что касается слабо соединенной ферромагнитной пленки, то описываемый в тех же условиях намагничиванием цикл изображен на фиг. 146 линиями ОС . В этом случае намагничивание слабо соединенной ферром агнитной пленки поворачивается на угол, несколько меньший, чем 90, и ток, снимаемый проводником 8, слегка меньше максимального, соответствующего той же несоединенной пленке. Ферромагнитная пленка (см. фиг. 9)

5 слабо соединяется посредством металлической пленки 6 с ферромагнитной пленкой 2, которая крепко соединяется с антнферромагнитной пленкой, Что касается крепко соединенной ферромагнитной пленки (см. фиг. 2), цикл намагничивания, происходящий в условиях, описанных выше, изображен линиями ОС" (см. фиг.

156). В данном случае, угол вращения намагничивания ферромагнитной пленки, а следовательно, и сигнал, снятый проводником считывания, слабый, причем его значение можно уменьшить до любой степени за счет повышения значения поля соединения Н-„.

Следуе; отметить, что, принимая во внимание общую толщину магнитной структуры, весьма малучо, антиферромагнитная пленка может без различия быть помещена над или под структурой по отношению к проводникам.

Иначе говоря, можно реверсировать направленность проводников слов и считывания по отношению к оси анизотропии Ферромагнитной пленки в структуре запоминающего элемента. На фиг. 11 изображен пповодник 7, перпендикулярный к этой оси А, а также два проводника 8 и 8, параллельных этой оси и образующих с пооводником 7 две точки памяти 11 и 11 . Чтобы прочесть слово инфор45

5

8 мации, прикладывают поляризующее поле Н перпендикулярно к оси анизотропии и, как и прежде, на проводник 7 подают ток, создаюший индукционное поле Н,, параллельное оси легкого намагничивания подстилающей ферромагнитной пленки. В таком случае, намагничивание точек памяти ферромагнитной пленки поворачивается почти »а 180 в одном или другом направлении в зависимости от своей начальной ориентации по отношению к оси легкого намагничивания А. Следовательно, IIa выходах проводников 8 и 8 снимаются сигналы считывания содержанпл точек памяти 11 и 11, полярности которых представляют собой значения двоичных цифр 0 и 1, например. ранее «записанных» в этом месте запоминающего элемента. Когда операция считывания заканчивается, намагничивание в точках памяти 11 и 11"- возвращается к своей начальной направленнос".и, сохранившейся в запоминающем элементе антиферромагнитной пленкой структуры при условии, что поле соединения Н; по своему значению превышает коэрцитивное псле ферромагнитной пленки.

В другом варианте также v, силу известного способа считывания с запоминающим элементом на магнитных пленках любого типа нет необходимости ассоциировать сети проводников с магнитной структурой для считывания, по мо>кно пользоватьсл считывающим устройством при поспедстве оптического способа (см. фиг. 12) . Считывающая головка включает, например, осветительную лампу или иной источник света 12, а также фотоэлемент или фотопроводящее приспособление 13. Считывающая головка передвигается при помощи держателя 14 длл ощупывания магнитной поверхности. Поляризованный свет источника, например, в поляризаторе 15, паправляетсл и фокусируется па поверхности магнитной структуры, причем внешняя сторона QenI>омагнитной пленки 2 подвергается освешению.

Отраженный свет падает на фотоэлемент, пройдя через анализатор 16. Это ощупывапие может обеспечиватьсл любым известным механическим устройством, причем, что также известно, эту единую головку можно заменить мозаикой фотоэлементов или фотосопротивлений и использовать либо поллрнзованный световой источник, развертывающий магнитную структуру и отраженный пучок которого, пройдя через анализатор, падает на «строку» считывания этой мозаики, либо IIo,÷ÿðèçI>âàíпый источник света„охватывающий всю поверхность магнитной структуры, отраженный и «проанализированный», свет которого падает на всю поверхносгь мозаики, в которой устанавливается тогда электрическал развертка элементов (если количество индивидуальных выходов не равно количеству элементов) .

Принцип и выполнение таких устройств для развертки «отпечатапных» поверхностей с электронно-оптическим приспособлением считывания уже известны, 411692

Описание способов считывания дается на основе предположения, что запись была осуществлена при циклах гистерезиса точек памяти, соответствующих графикам (на фиг. lа и б), в частности, в том случае, когда используются сети проводников считывания, вследствие чего сигналы 0 и 1 различаются по своей полярности. Для записи по фиг. la и фиг.

lб или фиг. lа и фиг. lв такое различие выразится следующим образом: никакого сигнала для цифр, занимающих ячейки, намагниченность которых следует циклу, представленному на фиг. 1а, и один сигнал для цифр, занимающих ячейки, намагниченность которых следует циклу, представленному на фиг. lб или lв в зависимости от выбранной записи.

Это возможно тогда лишь, когда смещение циклов по фиг. lа или фиг. lв является значительным, т. е. соответствует значительной степени соединения, как было определено вьппе.

При операции считывания (см. фиг. 10) циклы, расположенные в направлении, перпендикулярном к направлению легочного намагничивания, будут соответствовать графикам б фиг. 13, 14, 15 для ячеек запоминающего устройства с различной степенью соединения, причем соединение осуществляется в том или в другом направлении осн легкого намагничивания.

Предмет изобретспия

1. Магнитный запоминающий элемент, содержащий ферромагнитный слой с одноосной анизотропией, отличающийся тем, что, 10 с целшо получения запоминающего элемента со смегценнон в направлении оси напряженности магнитного поля петлей гистерезиса, в него введен антиферромагнитный слой, однонаправленно соединенный с тонким ферромаг15 нитным слоем с одноосной анизотропией.

2. Элемент по п. 1, от л ич а ю щи и с я тем, что между топким ферромагнитным слоем с одноосной анизотропией и антиферромагнитпым слоем расположена немагнитная пленка.

2о 3. Элемент по п. 2, о т л н ч а ю гц и и с я тем, что немагнитная пленка является электропроводной.

4. Элемент по п. 1, о тл ич à ю inи и с я тем, что ферромагнитный слой и антиферромагнит25 ный слой частично взаимопроникают mpyr в друга.

Р г/5

Составитель Е. Иванеева

Текред E. Борисова

Редактор Е, Семанова

Корректор H. Учакина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1117/20 Изд. № 1169 Тираж 591 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5