МАГНИТОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СДВИГОВЫЙ РЕГИСТР Советский патент 1973 года по МПК G11C19/08 

1

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам для хранения и передачи дискретной информации.

Известен магнитокристаллический сдвиговый регистр, в котором магнитной средой служит пластина магнитоодноосного кристалла, а носителями двоичной информации являются цилиндрические магнитные домены. Последние продвигаются под влиянием импульсов внешнего поля в соответствии с зигзагообразной конфигурацией, образованной одномерными основными и вспомогательными магнитостатическими ловушками, размещенными на поверхности кристалла.

Градиент вертикальной составляющей магнитного поля, действующего на цилиндрический магнитный домен, создается лишь магнитными зарядами на концах одномерных магнитостатических ловушек. При этом градиент продвигающего внешнего поля равен нулю. Вместе с тем характеристики известных магнитных материалов таковы, что наведенный магнитный заряд оказывается недостаточным для достижения быстродействия, которым в потенциале располгают устройства на магнитных кристаллах.

Цель изобретения - повышение быстродействия магнитного регистра, содержащего Магнитную среду, в которой происходит управляемое перемещение и фиксирование магнитных доменов, рассматриваемых в качестве носителей двоичной информации. Достигается она тем, что в предлагаемом регистре использовано магнитостатическое взаимодействие в двуслойной ферромагнитной системе, образованной однородной изотропной магнитной средой, для перемещения магнитных доменов которой служит пластина магнитного монокристалла, и асимметричными клинообразными

магнитостатическими ловушками из ферромагнитного материала. Ловушки размещены на поверхности магнитной среды и в совокупности образуют зигзагообразную систему, над которой и в соответствии с которой в магнитной среде располагаются и перемещаются магнитные домены. Каждая ловушка представляет собой плоскую ферромагнитную пленку клинообразной или близкой к ней конфигурации. Основание и вершина любых

двух смежных клиньев в верхней части зигзагообразной системы образуют разрядную ячейку магнитокристаллического сдвигового регистра. Продвигающее поле создается полосковой шиной, расположенной с обратной стороны магнитной среды непосредственно под зигзагообразной системой и вдоль нее. Повышенное по сравнению с прототипом быстродействие достигается благодаря совокупному действию магнитного поля тока в полосковой

шине и поля магнитных зарядов, возникаю3щих на концах асимметричных магнитостатических ловушек. На фиг. 1 показана магнитная среда с изолированным магнитным домеиом и элементами сдвигового регистра; на фиг. 2 - магнито-5 кристаллический сдвиговый регистр согласно изобретению; на фиг. 3 - показаны возможные состояния, возникаюш,ие в процессе работы регистра. На фиг. 1,а изображена магнитная среда 1,10 которой в даниом регистре может служить тонкая, не толще 100 мкм, пластина монокристаллического ферромагнетика из класса магнитоодиоосных ферритов, ось легкого намагничивания которого нормальна плоскости пла-15 стины. Таким материалом является, например. ГтРеОз- В плоскости пластины магнитные свойства магнитной среды изотропны. В случае приложения однородного магнитного поля, нормального поверхности магнит-20 ной среды (направление поля показано стрелками на ее торцах) в последней возникают и устойчиво существуют цилиндрические магнитные домены 2, используемые в магнитокристаллическом сдвиговом регистре в каче-25 стве носителей двоичной информации. Предполагается, что нахождение магнитного домена в разрядной ячейке регистра, означает запись в эту ячейку двоичной единицы и, соответственно, отсутствие его в разрядной ячей-30 ке означает запись двоичного нуля. Цилиидрический магнитный домен с допустимым упрощением можно трактовать как магнитный диполь или элементарный постоянный магнит, обладающий определенной маг-35 нитостатической энергией. Для уменьшения этой энергии на поверхность магнитной среды / наносят магнитостатические ловушки 3, одна из возможных конфигураций которых изображена на фиг. 1,а в виде тонкопленоч-40 ного прямоугольного ферромагнитного пятна. Магнитостатическая ловущка является локализованной зоной пониженной энергии для магнитного домена, чем обусловливается устойчивость нахождения магнитного домена в45 зоне ее действия. При попытке вывести магнитный домен из зоны действия ловушки в направлении, перпендикулярном ее продольной оси, возникает удерживающая сила , где | - магнитостатическая энер-50 гия, а X - смещение, отсчитываемое от центра магнитного домена до продольной оси ловушки. Непосредственно под ловущкой с противоположиой стороны магнитной среды находит-55 ся токовая щина 4. При подаче импульса тока продвижения /пр в токовную шину вокруг нее возникает магнитное поле Япр, одно из возможных направлений которого показано на фиг. 1,а и б. Нормальная магнитной среде60 составляющая поля //пр имеет градиент, отличный от нуля. Как следует из фиг. 1,6, с этим градиентом совпадает по паправлепию градиент нормальной составляющей поля магнитных зарядов, возникающих на концах ло-65 4 вушки при подаче импульса в токовую шину, На фиг. 1,а и б эти заряды обозначены «+ и «-. Под влиянием суммарного магнитного поля токовой шины и магнитных зарядов домен смещается к одному из полюсов магнитостатической ловушки в зависимости от знака намагниченности домена. Например, в случае, приведенном на фиг. ,а домен должен сместиться к левому полюсу ловушки. При изменении направления тока /пр в токовой шине 4 меняется направление градиента нормальной составляющей суммарного поля, действующего на стенку магнитного домена, в связи с чем последний перемещается вдоль ловушки в обратном направлении - слева направо, На фиг. 2 изображен предлагаемый сдвиговой регистр 5, содержащий магнитную среду /, которой, как уже отмечалось, служит тонкая пластина монокристалла магнитоодноосного ферромагнетика. На поверхности магнитной среды размещена система клинообразных магнитостатических ловушек 3 из ферромагнитного материала. Эти ловушки в совокупности образуют зигзагообразную продвигаюшую систему, под которой и в соответствии с которой в магнитокристаллическом сдвиговом регистре движутся магнитные домены 2. Части ловушек, примыкающих к основаниям клиньев, служат разрядными ячейками регистра. Последние удобно подразделить на основные и промежуточные. Верхний ряд верщин зигзагообразной продвигающей системы на фиг. 2 включает в себя основные разрядные ячейки, тогда как нижний ряд образует ячейки промежуточные. На фиг. 2 в основных ячейках записан двоичный код 10101....01. Непосредственно под продвигающей системой с обратной стороны магнитной среды / расположена токовая щина 4, соединенная проводником 6 с генератором продвигающих импульсов 7, который через проводник 8 подключей к устройству управления 9. Источник поля смещения 10, соединенный с устройством управления 9 проводником Л, создает магнитное иоле, нормальное поверхности магнитной среды. Для последовательного ввода двоичной информации служит проводящий виток 12, соединенный проводником 13 с генератором импульсов записи 14. Для параллельного ввода двоичной информации предназначено п-1 проводящих витков 15, соединенных проводниками 16 с формирователем кода 17. Формирователь кода 17 и генератор импульсов записи 14 соединен с устройством управления проводниками 18 и 19 соответственно, Считывание происходит с помощью проводящего витка 20, соединенного проводником 21 с цепью нагрузки 22. Источник импульсов 23, соединенный проводником 24 с проводящим витком 25, образует схему коллапсирования магнитного домена 2 в выходной разрядной ячейке магнитокристаллического сдвигового регистра. Источник импульсов 23 и

цепь нагрузки 22 подключены к устройству управления 9 посредством проводников 26.

Работает магнитокристаллический сдвиговый регистр следующим образом.

При подаче в проводящий виток 12 импульса записи от генератора 14 во входной разрядной ячейке регистра зарождается магнитный домен 2. После этого генератор продвигающих импульсов 7 вырабатывает импульс тока, который попадает в токовую щину 4.

На фиг. 3, а показано состояние магнитного домена 2, в основной разрядной ячейке после прекращения импульса от генератора импульса записи. При поступлении в токовую шину 4 импульса тока /пр от генератора продвигающих импульсов 7 эффективное продвигающее поле ЯПР (на фиг. 3,6 показано стрелкой) перемещает магнитный домен из основной разрядной ячейки в промежуточную. Вслед за первым продвигающим импульсом генератор 7 вырабатывает второй, с противоположной полярностью. Соответственно, как следует из фиг. 3, в изменяется направление продвигающего поля. Магнитный домен 2 из промежуточной разрядной ячейки вновь попадает в основную, соседнюю с исходной разрядной ячейкой, как показано на фиг. 3, в. Таким образом, за время действия пары импульсов противоположной полярности или одного биполярного импульса происходит сдвиг информации в регистре на один разряд. После л-1 продвигающих биполярных импульсов в rt-разрядном магнитокристаллическом регистре магнитный домен попадает в выходную ячейку. При этом он наводит в проводящем витке 20 импульс считывания, который регистрируется цепью нагрузки 22. После этого магнитный домен в выходной ячейке регистра магнитного домена путем подачи от источника импульсов 23 коллапсирующего импульса в проводящий виток 25 передается в сопряженную с регистром логическую схему, также составленную из магнитостатических ловущек. Последовательная запись информации происходит в интервалах между продвигающими

импульсами.

Аналогичным образом осуществляется параллельный ввод двоичной информации. В этом случае от формирования кода 17 в «-1-й проводящий виток 15 синхронно поступает п-1-й разрядный параллельный код, который может храниться в регистре требуемое время, а затем последовательно считывается путем подачи п-1 продвигающих импульсов от генератора 7 в токовую щину 4.

Синхронизацию работы источника поля смещения 10, источника импульсов 25, цепью нагрузки 22, генератора 14, генератора 7, или соответственно источника поля смещения 10, источника импульсов 23, цепью нагрузки 22,

генератора 7 и генератора /7 осуществляет устройство управления.

В описанном магнитокристаллическом сдвиговом регистре может быть проведен целый ряд модификаций, не изменяющих однако существа изобретения. Например, может быть видоизменена форма магнитостатических ловущек или геометрия токовой щины.

Предмет изобретения

30

Магнитокристаллический сдвиговый регистр, содержащий поляризующуюся доменную магнитную среду, соединенную с токовой щиной, подключенной к генератору иродвигающих импульсов, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия, на поверхности магнитной среды размещена имеющая зигзагообразную конфигурацию система клинообразных магнитостатических ловущек,

вдоль и под которой на противоположной поверхности магнитной среды размещена токовая щина.

6