Микросборки на цилиндрических магнитных доменах. Термины и определения

 

Микросборки на цилиндрических магнитных доменах. Термины и определения

ГОСТ 28111-89



ГОСТ 28111-89
Микросборки на цилиндрических магнитных доменах. Термины и определения



Цилиндрические магнитные домены
Цилиндрические магнитные домены, "магнитные пузырьки", изолированные однородно намагниченные подвижные области ферро- или ферримагнетика (домены), имеющие форму круговых цилиндров и направление намагниченности, противоположное направлению намагниченности остальной его части (рис. 1). Обнаружены в конце 50-х гг. 20 в. в ортоферритах и гексаферритах, предложение о практическом использовании Ц. м. д. в вычислительной технике относится к 1967. На практике Ц. м. д. получают в тонких (1-100 мкм) плоскопараллельных пластинах (плёнках) монокристаллических ферримагнетиков (ферриты-гранаты) или аморфных ферромагнетиков (сплавы d- и f-переходных элементов с единственной осью лёгкого намагничивания, направленной перпендикулярно поверхности пластины). Магнитное поле, формирующее Ц. м. д. (поле подмагничивания), прикладывается по оси лёгкого намагничивания. В отсутствии внешнего подмагничивающего поля доменная структура пластин имеет неупорядоченный лабиринтообразный вид (рис. 2, а). При наложении подмагничивающего поля домены, не имеющие контакта с краями пластины, стягиваются и образуют Ц. м. д. (рис. 2, б). Вектор намагниченности Ц. м. д. J ориентируется вдоль оси лёгкого намагничивания.

Изолированные Ц. м. д. существуют в определённом интервале полей подмагничивания, который составляет несколько процентов от величины намагниченности насыщения материала. Нижняя граница интервала устойчивости соответствует переходу Ц. м. д. в домены иной формы, верхняя - исчезновению (коллапсу) Ц. м. д. Устойчивое существование Ц. м. д. обусловлено равновесием трёх сил: силы взаимодействия намагниченности Ц. м. д. с полем подмагничивания; силы, связанной с существованием у Ц. м. д. стенок (аналогична силе поверхностного натяжения); наконец, силы взаимодействия намагниченности Ц. м. д. с размагничивающим полем остальной части магнетика. Первые две силы стремятся сжать Ц. м. д., а третья - растянуть. В момент формирования радиус Ц. м. д. имеет максимальную величину; при дальнейшем увеличении подмагничивающего поля радиус Ц. м. д. уменьшается, а при некотором поленк сжимающие силы начинают превышать растягивающие и Ц. м. д. исчезают (коллапсируют) (рис. 3). Реальные размеры Ц. м. д. зависят, помимо поля подмагничивания, от физических параметров материала и толщины плёнки. В центре интервала устойчивости диаметр Ц. м. д. примерно равен толщине плёнки.

В однородном поле подмагничивания Ц. м. д. неподвижны, в поле, обладающем пространственной неоднородностью, они перемещаются в область с меньшей напряжённостью поля. Существует предельная скорость перемещения Ц. м. д., для разных веществ составляющая от 10 до 1000 м/сек. Скорость Ц. м. д. ограничивают процессы передачи энергии от движущихся Ц. м. д. кристаллической решётке, спиновым волнам и т.п., а также взаимодействие Ц. м. д. с дефектами в кристаллах (с уменьшением числа дефектов скорость увеличивается). Ц. м. д. визуально наблюдаются под микроскопом в поляризованном свете (используется Фарадея эффект).

Тонкие эпитаксиальные плёнки (см. Эпитаксия) смешанных редкоземельных ферритов-гранатов и аморфные плёнки сплавов d- и f-металлов начинают применяться в запоминающих устройствах цифровых вычислительных машин (для записи, хранения и считывания информации в двоичной системе счисления). Нули и единицы двоичного кода при этом изображаются соответственно присутствием и отсутствием Ц. м. д. в данном месте плёнки. Существуют магнитные плёнки, в которых диаметр Ц. м. д. менее 0,5 мкм, что позволяет, в принципе, осуществлять запись информации с плотностью более 107 бит/см2. Практически реализованная система записи и считывания информации основана на перемещении Ц. м. д. в магнитных плёнках при помощи тонких (0,3-1 мкм) аппликаций из магнитно-мягкого материала (пермаллоя) Т-I-, Y-I- или V-образной (шевронной) формы, накладываемых непосредственно на плёнку с Ц. м. д. Аппликации намагничивают вращающимся в плоскости плёнки управляющим магнитным полем Нупр (рис. 4) так, что в требуемом направлении возникает градиент поля, обеспечивающий перемещение Ц. м. д. Схемы управления перемещением Ц. м. д. при помощи пермаллоевых аппликаций работают на частотах изменения управляющего поля около 1 Мгц, что соответствует скорости записи (считывания) информации ~ 1 Мбит/сек. Запись информации осуществляется с помощью генераторов Ц. м. д., работающих на принципе локального перемагничивания материала импульсным магнитным полем тока, пропускаемого по проводнику в форме шпильки. Одна из возможных схем генерации и перемещения Ц. м. д. показана на рис. 5. Для считывания информации в запоминающих устройствах на Ц. м. д. используют детекторы, работающие на магниторезистивном эффекте (см. Магнетосопротивление). Магниторезистивный детектор Ц. м. д. представляет собой аппликацию специальной формы из проводящего материала (например, пермаллоя), сопротивление которого зависит от действующего на него магнитного поля. Проходя детектор, Ц. м. д. своим полем изменяют его сопротивление, что можно зарегистрировать по изменению падения напряжения на детекторе. Запоминающие устройства на Ц. м. д. обладают высокой надёжностью и низкой стоимостью хранения единицы информации. Применение Ц. м. д. - один из возможных путей развития ЭВМ.


Линия задержки на спиновых волнах
Принцип действия спин-волновых устройств основан на явлениях возбуждения, распространиения и приема волн намагниченности в магнитоупорядоченных кристаллах. В зависимости от направления подмагничивающего поля в ферромагнитной пленке могут распространяться три типа волн: прямые объемные, обратные объемные и поверхностные волны. Показанная ниже панель виртуального устройства демонстрирует характеристики МСВ, распространеющихся в пленке ЖИГ, при изменении расстояния между входной и выходной антеннами.




Цилиндрические магнитные домены, «магнитные пузырьки», изолированные однородно намагниченные подвижные области ферро- или ферримагнетика (домены), имеющие форму круговых цилиндров и направление намагниченности, противоположное направлению намагниченности остальной его части (рис. 1). Обнаружены в конце 50-х гг. 20 в. в ортоферритах и гексаферритах, предложение о практическом использовании Ц. м. д. в вычислительной технике относится к 1967. На практике Ц. м. д. получают в тонких (1—100 мкм) плоскопараллельных пластинах (плёнках) монокристаллических ферримагнетиков (ферриты-гранаты) или аморфных ферромагнетиков (сплавы d- и f-переходных элементов с единственной осью лёгкого намагничивания, направленной перпендикулярно поверхности пластины). Магнитное поле, формирующее Ц. м. д. (поле подмагничивания), прикладывается по оси лёгкого намагничивания. В отсутствии внешнего подмагничивающего поля доменная структура пластин имеет неупорядоченный лабиринтообразный вид (рис. 2, а). При наложении подмагничивающего поля домены, не имеющие контакта с краями пластины, стягиваются и образуют Ц. м. д. (рис. 2, б). Вектор намагниченности Ц. м. д. J ориентируется вдоль оси лёгкого намагничивания.

Изолированные Ц. м. д. существуют в определённом интервале полей подмагничивания, который составляет несколько процентов от величины намагниченности насыщения материала. Нижняя граница интервала устойчивости соответствует переходу Ц. м. д. в домены иной формы, верхняя — исчезновению (коллапсу) Ц. м. д. Устойчивое существование Ц. м. д. обусловлено равновесием трёх сил: силы взаимодействия намагниченности Ц. м. д. с полем подмагничивания; силы, связанной с существованием у Ц. м. д. стенок (аналогична силе поверхностного натяжения); наконец, силы взаимодействия намагниченности Ц. м. д. с размагничивающим полем остальной части магнетика. Первые две силы стремятся сжать Ц. м. д., а третья — растянуть. В момент формирования радиус Ц. м. д. имеет максимальную величину; при дальнейшем увеличении подмагничивающего поля радиус Ц. м. д. уменьшается, а при некотором поле Нк сжимающие силы начинают превышать растягивающие и Ц. м. д. исчезают (коллапсируют) (рис. 3). Реальные размеры Ц. м. д. зависят, помимо поля подмагничивания, от физических параметров материала и толщины плёнки. В центре интервала устойчивости диаметр Ц. м. д. примерно равен толщине плёнки.

В однородном поле подмагничивания Ц. м. д. неподвижны, в поле, обладающем пространственной неоднородностью, они перемещаются в область с меньшей напряжённостью поля. Существует предельная скорость перемещения Ц. м. д., для разных веществ составляющая от 10 до 1000 м/сек. Скорость Ц. м. д. ограничивают процессы передачи энергии от движущихся Ц. м. д. кристаллической решётке, спиновым волнам и т.п., а также взаимодействие Ц. м. д. с дефектами в кристаллах (с уменьшением числа дефектов скорость увеличивается). Ц. м. д. визуально наблюдаются под микроскопом в поляризованном свете (используется Фарадея эффект).

Тонкие эпитаксиальные плёнки (см. Эпитаксия) смешанных редкоземельных ферритов-гранатов и аморфные плёнки сплавов d- и f-металлов начинают применяться в запоминающих устройствах цифровых вычислительных машин (для записи, хранения и считывания информации в двоичной системе счисления). Нули и единицы двоичного кода при этом изображаются соответственно присутствием и отсутствием Ц. м. д. в данном месте плёнки. Существуют магнитные плёнки, в которых диаметр Ц. м. д. менее 0,5 мкм, что позволяет, в принципе, осуществлять запись информации с плотностью более 107 бит/см2. Практически реализованная система записи и считывания информации основана на перемещении Ц. м. д. в магнитных плёнках при помощи тонких (0,3—1 мкм) аппликаций из магнитно-мягкого материала (пермаллоя) Т—I-, Y—I- или V-образной (шевронной) формы, накладываемых непосредственно на плёнку с Ц. м. д. Аппликации намагничивают вращающимся в плоскости плёнки управляющим магнитным полем Нупр (рис. 4) так, что в требуемом направлении возникает градиент поля, обеспечивающий перемещение Ц. м. д. Схемы управления перемещением Ц. м. д. при помощи пермаллоевых аппликаций работают на частотах изменения управляющего поля около 1 Мгц, что соответствует скорости записи (считывания) информации ~ 1 Мбит/сек. Запись информации осуществляется с помощью генераторов Ц. м. д., работающих на принципе локального перемагничивания материала импульсным магнитным полем тока, пропускаемого по проводнику в форме шпильки. Одна из возможных схем генерации и перемещения Ц. м. д. показана на рис. 5. Для считывания информации в запоминающих устройствах на Ц. м. д. используют детекторы, работающие на магниторезистивном эффекте (см. Магнетосопротивление). Магниторезистивный детектор Ц. м. д. представляет собой аппликацию специальной формы из проводящего материала (например, пермаллоя), сопротивление которого зависит от действующего на него магнитного поля. Проходя детектор, Ц. м. д. своим полем изменяют его сопротивление, что можно зарегистрировать по изменению падения напряжения на детекторе. Запоминающие устройства на Ц. м. д. обладают высокой надёжностью и низкой стоимостью хранения единицы информации. Применение Ц. м. д. — один из возможных путей развития ЭВМ.



Лит.: Bobeck А. Н., Properties and device applications of magnetic domains in ortho-ferrites, «The Bell system Technical Journal», 1967, v. 46, № 8; Цилиндрические магнитные домены в магнитоодноосных материалах. Физические свойства и основы технических применений, «Микроэлектроника», 1972, т. 1, в. 1 и 2; О' Dell Т. Н., Magnetic bubbles, L., 1974; Bobeck A. Н., Delia Torre E., Magnetic bubbles, Amst., 1975; Bobeck A. Н., Bonyhard P. I., Geusic J. E., Magnetic bubbles — an emerging new memory technology, «Proceedings of the Institute of Electrical and Electronics Engineers», 1975, v. 63, № 8; Боярченков М. А., Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники, М., 1976.

Ф. В. Лисовский.





Еще:

http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1182790&uri=page3.html

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/458.html

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/458.html













Очень интересно ведет себя ЦМД во внешнем магнитном поле (рис. 4). Предположим, что сначала в пластинке при B = 0 существует полосовой или лабиринтный домен или доменная структура. При увеличении магнитного поля до некоторого значения B1 , которое называется полем эллиптической неустойчивости ЦМД, лабиринтная структура только несколько деформируется. При B > B1 происходит зарождение устойчивых ЦМД. Если же B = B1 , то круговая форма ЦМД становится неустойчивой относительно растяжения в некотором направлении. Отсюда и происходит переход в лабиринтную структуру. В интервале полей B1 < B < B2 энергия ЦМД меньше энергии лабиринтной доменной структуры и однородного состояния, то есть в этом интервале существуют стабильные ЦМД. При B = B2 энергии ЦМД и однородного состояния сравниваются, однако тем не менее в пластине могут существовать метастабильные ЦМД, так как на кривой зависимости энергии ЦМД от его радиуса имеется локальный минимум при некотором значении диаметра ЦМД d0 . Данное значение d0 , конечно же, зависит от величины магнитного поля. При увеличении B > B2 величина d0 уменьшается. После достижения d0 значения, называемого критическим (dcr), ЦМД скачком исчезает - коллапсирует. Значение магнитного поля, при котором происходит коллапс ЦМД, называется полем коллапса (Bkol). При B > Bkol выгодно однородное намагничивание пластинки, то есть ЦМД в этих полях отсутствуют.

Рассмотрим более подробно изолированный ЦМД. Форма ЦМД сохраняется благодаря равновесию двух факторов: тенденции к уменьшению радиуса домена, ведущей к понижению энергии доменной стенки из-за уменьшения площади поверхности стенки, и тенденции к увеличению радиуса, ведущей к понижению энергии магнитодипольного взаимодействия. Увеличение радиуса ЦМД вызывает понижение магнитодипольной энергии из-за того, что размагничивающее поле внутри ЦМД ориентировано в направлении вектора намагниченности вне домена. Образующиеся на поверхности торцов ЦМД магнитные полюсы противоположны по знаку полюсам на поверхности области, граничащей с ЦМД. В результате уменьшаются суммарное размагничивающее магнитное поле и энергия магнитодипольного взаимодействия. Расчет показывает, что суммарное размагничивающее поле направлено против намагниченности вне домена и пропорционально (1-2N )M, где N = N(r) - так называемый размагничивающий фактор ЦМД, зависящий от его радиуса r. Кроме того, если поверхностная энергия доменной стенки равна s, то магнитное поле, обусловленное давлением внутри ЦМД радиусом r, будет пропорционально (по аналогии с давлением внутри пузырька в жидкости, известным из школьного курса физики) - s /2Mr. Знак минус означает, что этот эффект приводит к сжатию домена. Для того чтобы ЦМД находился в состоянии статического равновесия, необходимо, чтобы сумма указанных полей уравновешивалась внешним магнитным полем. Анализ полученного условия равновесия показывает, что существует такое значение радиуса ЦМД, которое как раз и соответствует устойчивому состоянию с ЦМД. В малых полях ЦМД становится неустойчивым относительно перехода в полосовой домен, а в больших полях радиус домена уменьшается и ЦМД исчезает (коллапсирует) - происходит переход к однородному состоянию без доменов.



Обновлен 10 фев 2012. Создан 08 ноя 2006



  Комментарии       
Имя или Email


При указании email на него будут отправляться ответы
Как имя будет использована первая часть email до @
Сам email нигде не отображается!
Зарегистрируйтесь, чтобы писать под своим ником