Brevet FR2138055A1 — publié le 19721229

L1invention concerne un dispositif pour propager des domaines à une seule paroi à l'intérieur d'une feuille en matériau magnétique. Ce dispositif peut Être utilisé dans un appareil de traitement de l'information et, plus particulièrement, dans un appareil dans lequel le support magnétique, dans lequel les domaines à une seule paroi peuvent se propager, peut être utilisé pour effectuer des fonctions logiques ou de mémoires. Comme décrit dans la publication "Electronics magazine", 1er septembre, 1969, dans un article pages 83-89, de Harry R. Karp intitulé "Magnetic Bubbles -A technology in the Making", un domaine à une seule paroi ou bulle est un domaine magnétique lié par une paroi de domaine qui se referme sur elle-même et prend la forme d'un cylindre dans une feuille de matériau magnétique, telle qu'une orthoferrite de terre rare. Un champ magnétique de polarisation est prévu, dont la polarité détermine un domaine et assure son déplacement sous la forme d'une entité stable. Ces dbfcaines à une seule paroi ou bulles peuvent se déplacer d'une position dans une autre par des champs magnétiques localisés. Le mouvement contrôlé des bulles peut Stre effectué par un échantillon de boucles de conducteurs électriques locales qui sont excitées par des formes d'ondes du courant multiphasé, de manière à propager successivement une boule d'une position dans une autre œlon un trajet déterminé. Un autre procédé pour propager les bulles magnétiques utilise un échantillon d'éléments en permalloy locaux ayant une géométrie qui fonctionne en coopération avec un champ magnétique tournant appliqué par des bobines entourant tout l'appareil, pour que les bulles puissent se déplacer le long d'un trajet défini par les éléments de permalloy locaux. Ces deux façons de propager des bulles magnétiques présentent des inconvénients pratiques. Par exemple, l'appareil utilisant des courants phasés dans des boucles conductrices locales est cher et difficile à construire en petites dimensions, car les échantillons-de cai ducteuœ et les dispositifs électroniques de commande sont complexes. En outre, l'utilisation du champ rotatif pour influencer l'aimantation dans l'échantillon d'éléments de permalloy locaux nécessite l'utilisation d'une puissance électrique élevée dans des bobines de dimensions importantes près de la feuille. Ce dernier montage peut être particulièrement gSnant lorsque la puissance est alimentée à haute fréquence. La présente invention peut Être mise en pratique dans un dispositif de propagation de domaines, qui comporte une feuille de matériau magnétique ayant une direction d'aimantation préférée, normale au plan de la feuille, et dans laquelle les domaines à une seule paroi peuvent se déplacer. Le 72 17690 2 2138055 dispositif comporte également un moyen magnétique contigu à la feuille, pour définir un canal de propagation pour ce domaine dans la feuille. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le moyen magnétique défini ss aifct^ple canal comporte un matériau magnétique anisotrope 5 magnétostrictif ayant une direction préférée d'aimantation parallèle au plan de la feuille. En outre, yn moyen est également prévu pour propager une onde de contrainte acoustique à travers le moyen magnétique, pour propager les domaines le long du canal de propagation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront 10 de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple npn limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue en plan d'un montage de propagation de domaines conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue latérale du montage de la figure 1 ; et 15 - la figure 3 est un graphique représentant la relation qui existe entre la contrainte et l'aimantation dans un matériau anisotrope. Le dispositif de propagation de domaines représenté sur les figures 1 et 2 comporte un conducteur 10 d'onde de contrainte acoustique de forme allongée, constitué de verre ou de quartz ayant une épaisseur d'environ 20 1,5 mm ou moins. Le conducteur 10 comporte àimeextrémité un transducteur piézoélectrique électromécanique 12 ayant des électrodes 14 et 16 reliées à un générateur 18 d'ondes d'impulsions. L'extrémité opposée du conducteur 10 comporte une borne acoustique 19. Un élément magnétique magnétostrictif anisotrope 20 est placé en 25 contact physique intime avec le conducteur 10. L'élément magnétique 20 est, de préférence, constitué d'un matériau magnétique, tel que le permalloy qui est anisotrope,'et qui possède un coefficient de magnétostriction élevé, une perméabilité élevée et une force coercitive faible. L'élément magnétique 20 peut Stre déposé, par exemple, par évaporation, sur le conducteur 10, sous 30 la forme d'un seul élément de forme allongée ayant des irrégularités périodiques 22 définissant des points d'arrêt de domaines successifs. Les irrégularités 22 peuvent être constituées par des saillies ayant une forme géométrique rectangulaire telle que représentée sur le dessin, ou d'autres formes, par exemple triangulaires. Selon une alternative, l'élément magnétique 35 20 peut être construit sous la forme de plusieurs éléments magnétiques séparés disposés le long d'une ligne. Les éléments peuvent avoir des formes géométriques similaires à celles de couches de permalloy utilisées dans les 72 17690 3 2138055 systèmes de l'art antérieur dans la propagation de domaines, ou la force de propagation est fournie par un champ magnétique tournant appliqué à l'extérieur à partir de bobines de grandes dimensions. L'élément magnétique 20 en permalloy peut Être déposé sous la 5 forme d'une couche, avec une épaisseur de quelques à plusieurs milliers d'angstroms, en présence d'un champ magnétique permanent, de manière que la couche magnétique anisotrope résultante comporte des lignes de flux 21 le long d'axes transversaux à la dimension longitudinale de la couche, et se trouvant dans le plan de cette couche. Lorsque la couche 20 est soumise à des contraintes, 10 le sens d'aimantation tourne coisme représenté en 21'. Le dispositif représenté comporte également une feuille 30 en matériau magnétique d'une épaisseur d'environ 0,024 mm à 0,073 mm, du type dans lequel des domaines à une seule paroi ou des bulles peuvent Être produits et peuvent se propager. Par exemple, un matériau représentatif est 15 une orthoferrite de terre rare, telle que 1'orthoferrite de thulium (TmFeO^). Une feuille de matériau de ce type est caractérisée par un sens préféré d'aimantation (axe facile) normal au plan de la feuille. Une bulle magnétique dans le matériau consiste en un volume cylindrique dans lequel les lignes magnétiques sont disposées dans un sens normal à la feuille, ces lignes 20 magnétiques, dans les régions qui entourent la feuille, étant disposées dans le sens opposé, également normal à la feuille. La bulle est stable en dimension, car une polarisation magnétique constante prédéterminée est appliquée perpendiculairement à la feuille d'orthoferrite par un moyen (non représenté), tel qu'une bobine électrique ou un aimant permanent. La 25 feuille d'orthoferrite 30 est placée de façon contiguB à l'aimant de permalloy 20, de manière que les effets magnétiques propagés de l'élément 20 puissent affecter une propagation des bulles dans la feuille d'orthoferrite 30. . La réalisation peut Être tdle que le pertwïloy 20 et 1'orthoferrite 30 sont proches l'un de l'autre, mais espacés, par un moyen de support non représenté. 30 Selon une alternative, 1'orthoferrite 30 peut être supporté sur la couche de permalloy 20 et le conducteur acoustique en verre 10 à l'aidé d'une couche 32 d'un matériau isolant de support tel que le bioxyde de silicium Si02« La réalisation peut Être telle que 1'orthoferrite 30 n'interfère pas avec la propagation ordonnée des ondes de contrainte acoustique du 35 transducteur 12 à travers le conducteur acoustique 10 et la couche de permalloy 20, vers la borne acoustique 19. 72 17690 4 2138055 La surface supérieure de la feuille d'orthoferrite 30 comporte des conducteurs en forme de boucle, de réalisation connue, pour engendrer ou reproduire des bulles, et pour utiliser les bulles qui ont été propagées depuis leur point d'origine. Les conducteurs 40, 41, 42 et 43, en forme 5 de boucle sont placés sur 1'orthoferrite 30, et sont reliés aux circuits de reproduction de bulles 44 pour engendrer des bulles en une position à partir de laquâle elles peuvent se propager vers un moyen d'utilisation. Le conducteur en boucle 40 est parcouru par un courant qui stabilise la position d'une bulle présente en permanence 39. En faisant varier de 10 façon convenable l'intensité des courants passant dans les boucles de conducteur, la bulle qui se trouve dans la boucle 40 est transférée dans la boucle 41, puis elle est divisée en deux bulles, une qui retourne vers' la boucle 40 et l'autre qui se déplace vers la boucle 43. La nouvelle bulle créée dans la boucle 43 est en position pour être propagée par une onde 15 de contrainte, d'une manière qui sera décrite plus loin, vers un moyen d'utilisation des bulles. Un moyen d'utilisation des bulles comporte des conducteurs en boucle classiques 48 et 49 placés sur la couche d'orthoferrite 30, et qui sont reliés électriquement aux circuits d'utilisation des bulles 50. Une 20 bulle arrivant à l'emplacement de la saillie finale 22' est attirée vers la boucle de conducteur 48 par un courant passant^dans cette boucle. Le courant varie alors tout d'abord pour augmenter la bulle, puis pour la contracter, jusqu'à ce qu'elle disparaisse. Pendant ce procédé, la bulle induit une tension dans la boucle de conducteur 49, qui est détectée par les circuits 25 d'utilisation 50. Le générateur d'impulsions 18, les circuits de reproduction 46 et les circuits d'utilisation 50 sont synchronisés pendant leur fonctionnement . à l'aide d'un circuit de synchronisation 52. Les boucles de conducteurs, illustrées pour utiliser les bulles, peuvent être remplacées par d'autres dispositifs connus possédant les mêmes fonctions, tels qu'un dispositif 30 utilisant l'effet Hall ou l'effet de magnétorésistance. La figure 3 est un graphique représentant l'accroissement de la rotation angulaire de l'aimantation dans une couche mince de permalloy, obtenu lorsque la couche est soumise à une contrainte physique croissante. En l'absence de contrainte, l'aimantation de la couche de permalloy se 35 fait selon l'un ou l'autre sens, le long de l'axe aisé du matériau. La courbe 40 représente la façon dont l'aimantation tourne à partir du sens de l'axe aisé en fonction de l'amplitude de la contrainte appliquée 72 17690 5 2138055 au spot magnétique lorsque cette contrainte s'effectue dans un sens perpendiculaire à l'axe aisé. Lorsque l'onde d'impulsion acoustique est propagée en mode longitudinal, le sens de la contrainte est identique à celui de la propagation. Ceci est le cas illustré, à titre d'exemple, dans le 5 dispositif des figures 1 et 2. Les lignes d'aimantation 21 sont représentées avec les directions qu'elles ont,lorsque l'impulsion ou l'onde de contrainte a atteint une position 26 située environ à un quart du trajet constitué par la couche de permalloy 20. L'onde de contrainte acoustique peut Être produite par une seule impulsion d'énergie électrique appliquée au transduc-10 teur 12, ou peut être constituée par une série d'impulsions, ou une série d'oscillations haute fréquence. Pendant fe fonctionnement du dispositif de propagation de domaines représenté sur les figures 1 et 2, le dispositif de reproduction de bulles 40 à 44 est utilisé pour réaliser une bulle à l'emplacement déterminé par la 15 boucle de conducteur 43. Le transducteur 12 est alors excité par le générateur d'Impulsions 18 pour mettre en service une onde de contrainte acoustique à travers le conducteur 10, et la couche de permalloy 20 en direction de la borne 18. Initialement, l'aimantation de la couche 20 se fait le long de la direction de l'axe aisé transversalement à la direction logitudinale de la couche. 20 Lorsque l'onde de contrainte acoustique atteint et traverse la couche 20, la contrainte imprimée à la couche de permalloy 20 tend à faire tourner l'aimantation dans la couche, à partir d'une direction fe long de l'axe aisé du matériau, vers une direction faisant un angle pouvant atteindre 90° avec la première. La zone de déplacement de l'aimantation rotative 25 dans la couche de permalloy 20 tend à pousser la bulle le long du trajet dans 1'orthoferrite 30 défini par le bord irrégulier de la couche 20. Des saillies adjacentes sur la couche 20 peuvent être espacées d'une distance supérieure ou inférieure au diamètre d'une bulle. La région de déplacement de l'aimantation rotative pousse la bulle 30 vers la droite sur le dessin, où elle tend à être arrêtée par la saillie suivante 22, par les concentrations du champ magnétique dans les coins. Ensuite, l'impulsian de contrainte acoustique suivante fait se propager la bulle vers la saillie suivante 22. Cette action se répète pour déplacer la bulle de saillie en saillie jusqu'à une position atteignant la saillie finale 22' 35 près de la boucle de conducteur 48. Le moyen d'utilisation des bulles 48, 49 et 50 est ensuite actionné de manière connue pour que la présence de la bulle soit détectée, puis supprimée. 72 17690 2138055 Le trajet de propagation de la !iulle peut être plu» long et peut comporter davantage de points d'arrêt que sur le dessin, et une série de bulles peut se propager simultanément -1" la même manière que les bits d'information numériques se propageni ■* r.s un registre à décalage ou une 5 mémoire série. Le circuit de reproducci-n 44 peut créer des bulles à des intervalles correspondant & des bits V information'1", et supprimer la création de bulles à des intervalles représentant les "0" binaires. Divers dispositifs connus pour détecter et utiliser les bulles propagées peuvent être utilisés. L'appareil décrit est facile à réaliser et à actionner par rapport 10 aux montages déjà connus. Par exemple, la propagation par des impulsions de contrainte ne nécessite pas d'utliser un grand nombre de boucles de conducteur en phase entre les extrémités de reproduction et d'utilisation, comme cela était nécessaire précédemment. Le montage décrit est également plus simple que les montages connus, comportant une couche d'éléments en 15 permalloy et un dispositif haute puissance pour engendrer extérieurement un champ magnétique rotatif entourant complètement l'appareil. En outre, l'appareil décrit peut propager les bulles à une vitesse supérieure, pour obtenir une vitesse des bits de l'ordre du mégacycle, au lieu des quelques centaines de kilocycles des montages antérieurs, 20 il va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses * modifications ou variantes, sans pour autant sortir de son cadre. 72 17690 7 2138055 REVENDICATIONS 1. Dispositif de propagation de domaines, comportant une feuille de matériau magnétique avec une direction d'aimantation préférée normale au plan de la feuille, et dans lequel des domaines à simple paroi peuvent se déplacer ; et un moyen magnétique contigu à la feuille pour définir un canal de propagation dans la feuille pour les domaines ; ce dispositif étant caractérisé en ce que le moyen magnétique définissant le canal comporte un matériau magnétique anisotrope magnétostrictif ayant une direction préférée d'aimantation parallèle à la feuille ; et un moyen pour propager une onde de contrainte acoustique à travers le moyen magnétique, pour que les domaines se propagent le long du canal de propagation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen magnétique est du permalloy. 3. . Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen magnétique définissant le canal comporte des irrégularités périodiques définissant des points d'arrêt des domaines successifs à l'intérieur de la feuille en matériau magnétique. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen pour propager une onde de contrainte acoustique à travers le moyen magnétique comporte un conducteur d'onde de contrainte en contact physique intime avec le moyen magnétique, et un transducteur électromécanique monté sur le conducteur d'onde de contrainte. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen magnétique définissant le canal est une couche de permalloy déposée sur le conducteur d'onde de contrainte.