Способ формирования сверхпомехоустойчивого бистабильного термомагнитного запоминающего элемента для записи и хранения информации Российский патент 2022 года по МПК G11C11/02 H01L43/12 

Настоящее изобретение может быть использовано в устройствах для записи и хранения информации.

Известен способ формирования запоминающего элемента для записи и хранения информации, включающий формирование запоминающего элемента в виде флюксора из феррита [SU 226954 А1, МПК G11C 11/08 (2006.01), опубл. 14.01.1969]. Недостатком данного способа является потеря записанной информации из-за перемагничивания феррита под воздействием слабого магнитного поля.

Известен способ формирования запоминающего элемента для записи и хранения информации, включающий формирование магнитного элемента памяти из двух ферромагнитных дисков разного диаметра, асимметрично размещенных друг на друге и разделенных прослойкой из немагнитного материала [RU 2528124 C2, МПК G01R 33/02 (2006.01), G11C 11/02 (2006.01), опубл. 10.09.2014, Бюл. №25]. Недостатком способа является потеря информации из-за перемагничивания магнитного элемента под воздействием незначительного по величине магнитного поля порядка 500 Э.

Известен способ формирования запоминающего элемента для записи и хранения информации, включающий формирование термомагнитного запоминающего элемента из монокристаллической пленки феррита-граната [RU 2522594 C1, МПК C30B 29/28 (2006.01), C30B 19/12 (2006.01), H01F 10/24 (2006.01), H01F 10/28 (2006.01), G02F 1/09 (2006.01), опубл. 20.07.2014, Бюл. №20] (прототип). Недостаток прототипа состоит в использовании материала с низкой коэрцитивной силой, что обуславливает потерю записанной информации из-за перемагничивания пленки феррита-граната под воздействием слабого магнитного поля напряженностью около 15 Э.

Настоящим предлагается в способе формирования запоминающего элемента для записи и хранения информации формировать сверхпомехоустойчивый бистабильный термомагнитный запоминающий элемент из магнитоупорядоченного сильноанизотропного высококоэрцитивного легкоосного монокристалла, в частности варвикита, и выполнить соответствующие процедуры записи и хранения информации.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности сохранения полезной информации, увеличение помехоустойчивости к электромагнитным полям, снижение величины намагничивающего поля при записи информации.

Технический результат достигается тем, что в способе формирования сверхпомехоустойчивого бистабильного термомагнитного запоминающего элемента для записи и хранения информации новым является то, что он включает в себя формирование запоминающего элемента из монокристалла варвикита, в котором запись информации осуществляют путем установления температуры монокристалла варвикита выше температуры магнитного фазового перехода, приложения вдоль оси легкого намагничивания монокристалла варвикита слабого магнитного поля и перевод монокристалла из парамагнитного в магнитоупорядоченное состояние путем охлаждения в этом поле до криогенной температуры: температуры жидкого водорода или жидкого гелия, а хранение информации в запоминающем элементе осуществляют при криогенной температуре в отсутствие магнитного поля.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ формирования сверхпомехоустойчивого бистабильного термомагнитного запоминающего элемента для записи и хранения информации отличается от известных как формированием запоминающего элемента из материала, обладающего отличными от применяемых ранее материалов составом, видом и магнитными свойствами, так и процедурами записи и хранения информации.

Эти признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется с помощью графических материалов. На фиг.1 изображены температурные зависимости намагниченности монокристалла, используемого в качестве сверхпомехоустойчивого бистабильного термомагнитного запоминающего элемента, снятые при различных значениях напряженности магнитного поля. На фиг.2 приведены зависимости намагниченности монокристалла от магнитного поля, снятые при различных температурах. Фиг.3 иллюстрирует поведение коэрцитивной силы монокристалла в зависимости от температуры.

У некоторых магнитоупорядоченных сильноанизотропных легкоосных монокристаллов, в частности варвикита, значение коэрцитивной силы при криогенных температурах превышает 10⁵ Э, что как минимум в 15÷20 раз превосходит напряженность магнитного поля, создаваемого стандартными устройствами записи-стирания на магнитный носитель и на порядок выше значения поля, создаваемого самыми сильными постоянными магнитами, такими как магниты из сплава NdFeB. То есть для того чтобы изменить магнитное состояние такого монокристалла, охлажденного до криогенной температуры, напряженности магнитных полей, генерируемых общераспространенными источниками, далеко недостаточно. И для его перемагничивания/размагничивания требуется применение специальных генераторов сильного магнитного поля. В свете этого можно говорить о сверхпомехоустойчивости монокристаллов варвикита к воздействию магнитных полей при криогенных температурах.

В то же время для намагничивания такого монокристалла достаточно приложить слабое магнитное поле силой всего лишь несколько эрстед вдоль оси легкого намагничивания монокристалла в одну либо противоположную сторону. Тем самым производится кодирование информации: одному направлению намагниченности монокристалла ставится в соответствие логическая единица, а противоположному - логический нуль.

Запись информации происходит следующим образом. Изначально температуру монокристалла устанавливают выше температуры магнитного фазового перехода. Затем вдоль оси легкого намагничивания монокристалла прикладывают слабое магнитное поле и в этом поле охлаждают монокристалл до криогенной температуры, например, до температуры жидкого водорода или жидкого гелия. Направление магнитного поля задает направление намагниченности монокристалла. При этом результат достигается практически таким же, как и при охлаждении в среднем либо сильном магнитном поле, величина намагниченности оказывается близкой к намагниченности насыщения. Здесь градация магнитных полей по величине соответствует приведенной в источнике [Большая Советская Энциклопедия. (В 30 томах.) Гл. ред. А.М. Прохоров. Изд. 3-е. - М.: «Советская Энциклопедия», 1970-1978. - Т. 15: Ломбард - Мезитол. 1974. - 631 с.; стр.178]: слабые (до 500 Э), средние (500 Э ÷ 4×10⁴ Э), сильные (свыше 4×10⁴ Э).

В качестве примера приведем температурные (фиг.1), магнитополевые (фиг.2) зависимости намагниченности, а также зависимость коэрцитивной силы от температуры (фиг.3) для монокристалла варвикита Fe_2-XV_XBO₄ (X=0,25) размерами 0,05×0,05×0,5 мм³, имеющего температуру магнитного фазового перехода 126 К. Магнитное поле прикладывалось параллельно оси легкого намагничивания - в данном случае вдоль длинной стороны кристалла. За намагниченность насыщения M_S принято значение оной в магнитном поле 5×10⁴ Э при температуре жидкого гелия 4,2 К. Переход из парамагнитного в магнитоупорядоченное состояние при понижении температуры сопровождается резким увеличением намагниченности (фиг.1), причем ее знак определяется направлением намагничивающего поля. Ниже 126 К петля гистерезиса имеет прямоугольную форму (фиг.2), благодаря этому реализуются два стабильных магнитных состояния монокристалла. Для записи логических ноля или единицы достаточно в соответствующем направлении приложить слабое намагничивающее поле величиной 3 Э. По мере понижения температуры коэрцитивная сила неуклонно возрастает (фиг.3) и уже при температуре 40 К достигает значения 4,4×10⁴ Э. Это обусловливает неизменность магнитного состояния охлажденного монокристалла при воздействии электромагнитных полей.

Для случаев же ориентаций кристалла, при которых магнитное поле перпендикулярно оси легкого намагничивания, магнитополевые зависимости намагниченности имеют линейный, безгистерезисный характер. Такая геометрия не представляет существенного интереса в плане создания элемента памяти.

Хранение информации в запоминающем элементе происходит при криогенной температуре в отсутствие магнитного поля. Для размагничивания подобных высококоэрцитивных монокристаллов, то есть для уничтожения записанной на них полезной информации, требуются магнитные поля напряженностью порядка 10⁵ Э. Столь сильные магнитные поля можно создать лишь с помощью мощных импульсных либо сверхпроводящих соленоидов.

Считывание информации с такого запоминающего элемента можно произвести индукционным способом.

Неоспоримыми преимуществами вышеописанного способа формирования сверхпомехоустойчивого бистабильного термомагнитного запоминающего элемента для записи и хранения информации являются чрезвычайно высокая помехоустойчивость запоминающего элемента к электромагнитным полям, беспрецедентно высокая надежность сохранения полезной информации, использование слабого магнитного поля для записи информации.

Изобретение может быть использовано в устройствах для записи и хранения информации. Cпособ формирования сверхпомехоустойчивого бистабильного термомагнитного запоминающего элемента для записи и хранения информации включает формирование запоминающего элемента из монокристалла варвикита, в котором запись информации осуществляют путем установления температуры монокристалла варвикита выше температуры магнитного фазового перехода, приложения вдоль оси легкого намагничивания монокристалла варвикита слабого магнитного поля и перевод монокристалла из парамагнитного в магнитоупорядоченное состояние путем охлаждения в этом поле до криогенной температуры: температуры жидкого водорода или жидкого гелия, а хранение информации в запоминающем элементе осуществляют при криогенной температуре в отсутствие магнитного поля. Изобретение обеспечивает повышение надежности сохранения полезной записанной информации, увеличение помехоустойчивости к электромагнитным полям, снижение величины намагничивающего поля при записи информации. 3 ил.

Способ формирования сверхпомехоустойчивого бистабильного термомагнитного запоминающего элемента для записи и хранения информации, отличающийся тем, что включает в себя формирование запоминающего элемента из монокристалла варвикита, в котором запись информации осуществляют путем установления температуры монокристалла варвикита выше температуры магнитного фазового перехода, приложения вдоль оси легкого намагничивания монокристалла варвикита слабого магнитного поля и перевод монокристалла из парамагнитного в магнитоупорядоченное состояние путем охлаждения в этом поле до криогенной температуры: температуры жидкого водорода или жидкого гелия, а хранение информации в запоминающем элементе осуществляют при криогенной температуре в отсутствие магнитного поля.