Brevet FR2132280A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne un agencement magnétique comprenant une couche de matière magnétique dans laquelle des domaines d'aimantation à parois uniques peuvent être propagés. 5 Un domaine d aimantation à paroi unique consiste en un domaine aimanté en sens inverse du restant de la couche magnétique et entouré par une seule paroi qui se ferme sur elle-même» Normalement, la matière dans laquelle des domaines de ce type se propagent a un axe d'aimantation préférentiel qui est 10 perpendiculaire au plan de la couche„ Un domaine à paroi unique a donc une aimantation orientée dans un premier sens suivant la direction de cet axe et le restant de la couche a son aimantation orientée en sens opposé (orientation de référence)» Les domaines sont libres de se déplacer n'importe où dans le plan de 15 la couche et leur déplacement peut être observé au microscope à l'aide de lumière polarisée» soit par effet Faraday9 soit par effet Kerr. Le diamètre dsun domaine d aimantation est maintenu à une certaine valeur nominale pendant le fonctionnement du 20 dispositif par un champ de polarisation ayant ladite orientation de référence en sorte de tendre à contracter les domaines9 ainsi qu'il est bien connu. Un tel système se trouve décrit dans le brevet américain 3.543.255» Normalement, un domaine peut avoir un diamètre compris entre celui pour lequel se produit la.con-25 traction spontanée et celui pour lequel un domaine s'étire en une configuration allongée. Le diamètre maximum est égal à environ trois fois le diamètre minimum. En conséquence L'agencement selon 1"invention comprend une couche de matière magnétique présentant une première surfacer, cette 40 matière ayant des propriétés magnétiques qui varient avec la 72 11340 2 2132280 distance par rapport à cette première surface en manière telle que des domaines d'aimantation se produisent dans des sous-couches différentes pour des valeurs différentes du champ de polarisation. 5 L?invention apparaîtra plus clairement à la lecture de la description qui va suivres faite en regard des dessins joints sur lesquels î - la figure 1 illustre schématiquement un agencement magnétique selon Ieinvention; 10 - les figures 2, 4 et 6 montrent des vues latérales de configurations de couches magnétiques pour l'agencement selon la figure 1 ; - les figures 3S 5 et 7 sont des graphiques montrant le profil du moment magnétique dans les couches magnétiques des structures 15 représentées aux figures 29 4„et 6 respectivement» Un procédé commode pour rendre des couches de matière magnétique aptes à propager des domaines d'aimantation à parois uniques consiste à former une pellicule magnétique sur ton substrat convenablef par exemple par un processus de dépôt en 20 phase liquide ou en phase vapeur qui produit des pellicules épi-taxiales sur des substrats convenablement préparés tels qu'un grenat gadolinium gallium. Ce procédé implique le polissage de la surface de la pellicule une fois celle-ci formée„ Le but de ce polissage est de réduire le nombre de défauts qui sont norma-25 lement présents à une surface d'un cristal afin d'améliorer le développement du cristal dans le premier cas et d'éliminer les imperfections superficielles qui entravent le déplacement des domaines dans les deux cas. L'invention est basée sur la considération que 30 l'on peut obtenir un déplacement des domaines d'aimantation qui ne soit pas entravé par les imperfections superficielles et l'interaction du substrat tout en assurant une stabilité des domaines sur une gamme relativement large des valeurs de'polarisation, si les domaines se déplacent dans une sous-couche qui ne contient 35 aucune des surfaces de la pellicule épitaxiale dans laquelle cette sous-couche est délimitée. Un tel agencement est réalisé dans line forme de réalisation de 1 ' invention^ grâce à une pellicule épitaxiale qui a un moment magnétique gradué de sa surface supérieure à sa surface inférieure. Par exemple» une pellicule épi-40 taxiale développée en phase liquide sur un substrat convenable 72 11340 3 2132280 avec un moment magnétique relativement faible à ses deux surfaces et un moment magnétique maximum dans le plan central ou sous-couche centrale de la pellicule présente un domaine à paroi unique qui. peur des champs de polarisation convenabless n'inter-5 secte aucune des surfaces de la pellicule,, Dans une seconde forme de réalisations des domaines d'aimantation en forme de globe apparaissent dans une pellicule épitaxiale pour ion moment magnétique gradué qui atteint sa valeur minimale dans la sous-couche centrale de la pellicule. 10 Des couches constituées de matières ayant de telles propriétés magnétiques présentent des domaines d'aimantation qui se sont avérés être stables sur une gamme relativement étendue de valeurs de champ de polarisation. Le montage de propagation de domaines d'aiman-15 tation 10 représenté à la figure 1 comprend une couche de matière magnétique 11 qui présente avantageusement-des propriétés magnétiques qui, pour certaines valeurs du champ de polarisations, confinent le déplacement des domaines dans une sous-couche ne contenant ni la surface de la couche 11r ni la surface de séparation 20 entre cette couche et un substrat. L'organisation générale du montage va être décrite tout d'abords, puis on décrira des variantes de structures pour la couche magnétique ainsi que leur préparation. La surface de là couche 11s comme illustré9 25 présente une configuration d'éléments 12. Ceux-ci sont par exemple constitués d'une matière magnétique douce (des rainures peuvent aussi être formées à la surface de la couche 11);, agencés en sorte de déterminer un trajet de propagation représentatif pour déplacer des domaines d'une position d'entrée I vers une 30 position de sortie 0 dans un agencement dénommé agencement à accès par champ magnétique. La configuration d'éléments illustrée est bien connue dans le domaine de l'art tout comme l'est le mécanisme de propagation des domaines en réponse à un champ magnétique dont l'orientation varie dans le plan de la couche 11. 35 Une source convenable de champ magnétique de propagation est représentée en 13 tandis qu'une source de champ de polarisation se trouve représentée en 14. Des domaines d'aimantation ayant un diamètre nominal 72 11340 4 2132280 position d'entrée I vers la position de sortie 0. Des montages appropriés pour produire et détecter des domaines d'aimantation en ses positions d'entrée et de sortie se trouvent décrits dans le brevet américain 3»555.527, et ils sont représentés sur la 5 figure 1 par les blocs 16 et 17s respectivement. Les sources 13, 148 16S et 17 se trouvent sous la direction d?un circuit de commande représenté par le bloc 18. La figure 2 est une vue latérale de la couche 11P montrant un substrat 20 et une couche épitaxiale que 10 l'on peut considérer comme ayant une structure multicouche comprenant les sous-couches 219 22 et 23. Celles-ci sont caractérisées par des moments magnétiques différents crééss par exemple, par un procédé de développement par épitaxie en phase liquide que l'on décrira ci-après. Bien sûrs il est entendu que 15 ces sous-couches ne sont pas réellement des couches discrètes et que la structure représentée sur les dessins est simplement donnée pour la commodité de la description. La sous-couche 22 sur la figure 2 a un moment magnétique relativement élevé9 résultant en un domaine représen-20 tatif DO qui se trouve confiné dans cette sous-couche pour des valeurs de polarisation relativement élevées. La figure 3 montre la variation du moment magnétique (4 IM ) en fonction de la dis-tance d à partir de la surface supérieure de la couche 11, où H est l'aimantation de saturation de la matière. Le moment magné-25 tique a une certaine valeur choisie préalablement à la surface de la coucha et il croît jusqu'à une valeur maximale dans la sous-couche 22s, puis il diminue dans la sous-couche 23 jusqu'à., la valeur choisie préalablement à la surfaces par exemple.Pour des valeurs relativement faibles du champ de polarisation, le domai-30 ne D0 s'étend dans les trois sous-couches 219 22 9 et 23 depuis la surface supérieure de la couche 11 jusqu'à l'interface de la pellicule et du substrat 209 ce domaine se trouvant confiné dans des couches de plus en plus minces de la pellicule épitaxiale à mesure que croît le champ de polarisation. 35 La sous-couche 22 représente n'importe quelle couche interne dans laquelle le domaine DO ne vient pas en contact avec la surface supérieure de la pellicule épitaxiale ou de l'interface de cette pellicule et du substrat 20. Dans la forme de réalisation qui précède,, dans 40 laquelle les moments magnétiques des sous-couches 21 et 23 sont 72 11340 2132280 relativement faibles comparés au moment magnétique de la sous-couche 22, le domaine DO peut avoir une section en forme de tonneau» D'autre part, si le moment magnétique des sous-couches 21 et 23 est relativement élevé comparé au moment magnétique de 5 la sous-couche 22„ le domaine DO peut apparaître comme constitué de deux domaines, DO et D'O sur la figure 4, pour des valeurs relativement élevées du champ de polarisation. Dans ce dernier cas, chacun des domaines a une section en forme de globe les deux domaines convergeant pour former une configuration unique 10 en forme de sablier pour des valeurs relativement faibles du champ de polarisation pour lesquelles un domaine apparaît (également) dans la sous-couche 22. Le profil du moment magnétique dans cette forme de réalisation est montré à la figure 5 en fonction de la distance d à partir de la surface supérieure de la 15 pellicule 11. On peut voir que le moment a une certaine valeur choisie préalablement à la surface supérieure de la pellicule épitaxiale et à l'interface entre cette pellicule et le substrat 20, et qu'il diminue jusque un minimum dans la sous-couche 22. La figure 6 montre une forme de réalisation 20 dans laquelle la sous-couche 23 que l'on voit sur les figures 4 et 5 est infiniment mince» Dans ce cas9 le moment magnétique est supposé être maximum à la surface supérieure de la pellicule 21. et diminuer jusqu'à zéro à l'interface de la sous-couche 22 et du substrat 20. le profil du moment magnétique est montré 25 à la figure 7. Dans des montages de domaines d'aimantation à parois uniques dans lesquels les domaines sont confinés dans une couche ayant une épaisseur donnée et uri moment magnétique relativement uniforme, un domaine est stable pour des valeurs 30 du champ de polarisation comprises entre la valeur pour laquelle un domaine se contracte spontanément et la valeur pour laquelle il s'étire en une configuration allongée comme indiqué plus haut. Le diamètre d'un domaine pour la première valeur est typiquement égal au tiers du diamètre pour la dernière valeur. Pour 35 une matière typique, les valeurs du champ de polarisation sont typiquement de 6400 At/m (80 oersteds)et 5200At/m ( 65 oersteds) respectivement. Lorsque le moment magnétique est graduér suivant 1'inven-ion? en fonction de l'épaisseur de la couche dans laquelle les domaines sont confinés,, la gamme des valeurs du 72 11340 6 2132280 champ de polarisation pour laquelle ces domaines sont stables s'étend alors typiquement de 5200 At/m (65 o^rsteds) à 9600 At/m- (l20oerïïtedp). La raison de cette extension de la gamme de 5 valeurs du champ de polarisation peut être appréciée en fonction des épaisseurs différentes de la couche épitaxiale occupée par un domaine pour différentes valeurs du champ de polarisation. Par exemple» dans la forme de réalisation de la figure 29 le domaine D0 s'étend dans les couches 21, 22, et 23, intersectant la 10 surface supérieure de la pellicule épitaxiale et la surface du substrat, pour une faible valeur du champ de polarisation voisine de la valeur pour laquelle un domaine s'étire en une configuration allongée. Pour des valeurs du champ de polarisation de plus en plus élevées.» le domaine occupe des sous-couches de plus 15 en plus minces, comme le montre par exemple la figure 2. Comme le moment magnétique de la matière occupée par un domaine pour des champs de polarisation de valeurs de plus en plus élevées est de plus en plus élevé, il faut des accroissements de plus en plus élevés du champ de polarisation pour réduire l'épaisseur 20 de la couche dans laquelle le domaine se trouve confiné. En conséquence, on se trouve en présence d'un phénomène dans lequel des champs de polarisation différents se trouvent associés à des domaines d'aimantation qui occupent des épaisseurs différentes de la couche dans laquelle ces domaines peuvent se propager. 25 Bien entendu, on peut favoriser d'une manière similaire la gamme des valeurs de polarisation avec les montages des figures 4 et 6. Mais le montage de la figure 2 est caractérisé par l'avantage supplémentaire que le déplacement des domaines s'y trouve non entravé par les défectuosités superficielles 30 comme on l'a mentionné plus haut. Le montage de la figure 6, par exemple, donne des effets similaires en confinant les domaines d'aimantation dans me couche qui se trouve écartée de l'interface entre la pellicule épitaxiale et le substrat. Des agencements avec moment magnétique gradué 35 comme représenté par exemple à la figure 2 ont été réalisés par des procédés de développement par épitaxie en phase liquide. Par exemple, un substrat de grenat GdGa découpé dans un cristal obtenu par le procédé de Czochralski a été poli et plongé consécutivement dans des liquides de grenat de gallium Europium 72 11340 7 2132.280 Erbiuin (EuEr^GaQ çjO-12^' S1'6113''- d'aluminium Europium Er- Mum (EU1 .Er, 5A10 4Fe4 g012) et à nouveau de grenat de gallium Europium Erbium, chaque fois pendant huit minutes, à une température de 930°C, le moment magnétique de la pellicule produite 5 chaque fois que le substrat s5est trouvé plongés ayant été déterminé par la composition du grenat suivant une technique bien connue» Chaque pellicule avait une épaisseur de 5 microns» Les moments magnétiques des couches développées consécutivement —P étaient de 100 gauss (10 tesla), 200 gauss et 100 gauss» Le 10 profil du moment magnétique des pellicules ainsi développées était caractérisé par des variations abruptes à lrinterface entre les pellicules, profil qui présentait approximativement l'allure de la courbe montrée à la figure 3» Des variations graduelles du moment ont été obtenues par un contrôle convenable 15 de la température, par exemple, ainsi qu'il est bien connu dans le domaine de l'art» Des domaines ayant des diamètres de 5 microns se trouvent propagés dans le cristal résultant par des champs magnétiques décalés, par exemple par le montage d'accès par champ ma-20 gnétique décrit plus haut. Un champ magnétique tournant dans le plan de la pellicule et ayant une intensité d"environ 20 oer-steds provoque un tel déplacement» Les défectuosités de polissage de la surface des pellicules déposées et les inclusions dans la surface du substrat n'ont pas produit de déplacement de 25 domaines, comme on a pu l'observer» On a observé des forces coer citives d'environ 0,1 oersted pour des champs magnétiques de polarisation de 90 oersteds pour lesquels des domaines dans un tel cristal se trouvent confinés dans la sous-couche 22 (voir figure 2), par exemple» De telles forces coercitives sont sensi-30 blement plus faibles que celles d'environ 0,3 oersted que l'on constate normalement pour des champs de polarisation qui permettent à des domaines d'aimantation d'occuper les sous-couches 21, 22, et 23 à la figure 2. Bien que l'invention ait été décrite dans le cas 35 où le champ magnétique est gradué, on obtient des résultats similaires par line caractéristique d'énergie de paroi graduée d'une manière similaire. Toutes ces propriétés peuvent être également graduées dans le même cristal pour produire des résultats similaires. Dans le cas où l'énergie de paroi est graduée, 40 on obtient également un accroissement de la gamme des valeurs 72 11340 8 2132280 du champ de polarisation par une réduction de la longueur du domaine d'aimantation, mais du point de vue de la stabilité des domaines, un accroissement de 1-énergie de paroi est équivalent à une diminution du moment magnétique, 5 Des montages qui permettent un accroissement de la gamme des valeurs du champ de polarisation, selon 15 invention, produisent des domaines dont les diamètres sont relativement invariables aux excursions des valeurs du champ magnétique de polarisation, qui pourraient se produire pendant le fonctionnement. 10 Comme des variations du diamètre des domaines d'aimantation provoquent des variations des performances du dispositif, de tels montages relâchent les contraintes imposées au circuit de commande et à la conception de la structure» Une couche ayant des domaines relativement invariables, par exemple, peut être consi-15 dérée comme fonctionnant à des vitesses relativement élevées car les domaines dans de telles couches supportent des polarisations relativement fort variables. Le déplacement des domaines d'aimantation requiert évidemment un gradient de champ à travers le domaine et plus le gradient est élevé, plus le domaine se dépla-20 ce rapidement, et plus élevée est la vitesse de fonctionnement résultante. 25 30 35 40 72 11340 9 2132280 REVENDICATIONS 1 • Agencement magnétique comprenant une couche de matière magnétique dans laquelle peuvent être propagés des domaines d'aimantation à parois uniques,cette couche présentant une première surfaces caractérisé en ce que la matière magnétique de 5 cette couche a des propriétés magnétiques qui varient avec la distance par rapport à cette première surface., en manière telle que des domaines d'aimantation se produisent dans des sous-couches différentes pour des valeurs différentes du champ de polarisation. 10 2. Agencement selon la revendication 1 „ caracté risé en ce qucil comprend des moyens pour engendrer un champ de polarisation ayant une polarité propre à contracter les domaines d1 aimantation. 3. Agencement selon lsune quelconque des revendi- 15 cations précédentes, caractérisé en ce que les propriétés magnétiques de la couche comprennent un moment magnétique qui varie depuis une valeur prescrite à ladite première surface jusqu'à une valeur maximale à une première distance de cette première surface et jusqu'à la valeur prescrite à une seconde distance de la 20 première surface. 4. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les propriétés magnétiques de la couche comprennent un moment magnétique qui varie depuis une valeur prescrite à ladite première surface jusqu'à une "valeur 25 minimale à une première distance de cette première surface. 5. Agencement selon la revendication 49 caractérisé en ce que le moment magnétique de la couche croit jusqu'à une vaLeur prescrite à une seconde distance de ladite première surface, cette seconde distance étant plus grande que la premiè- 30 re distance. 6. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5s, caractérisé en ce que la variation du moment magnétique dans la couche est telle que des domaines d'aimantation à parois uniques dans cette couche se trouvent confinés dans des 35 parties de plus en plus minces de cette couche pour des valeurs de plus en plus élevées du champ magnétique de polarisation.